Wirkstoffe Effekte

Pädagogische Hochschule Chemie 7sm
St. Gallen
Wirkstoffe
Effekte
"Modelle zu benutzen ist so eine eigene Kunst; soundso viel ist davon zu
erlernen. Weder die Absicht, die Vorlage genau zu treffen, noch die
Absicht, sie schnell zu verlassen, ist das Richtige."
Prof. Dr. Peter Bützer
Altstätten, , August 2008
(Berthold Brecht in "Mutter Courage und ihre Kinder")
, Titelbild: Pflanze: Salbei; Molekül: Inhaltstoff von Salbei: Salvinorin A; Graph: Drei Dosis-Effekt-Kurven
(heilend, schädigend, letal)

Inhalt
2
1 Nutzen oder Schaden?............................................................................................4
1.1 Wirkstoffe, Gifte und Pharmaka ........................................................................4
1.2 Wirkungen eine chemische Eigenschaft............................................................5
1.3 Die 3 V der Anwendung von Wirkstoffen...........................................................6
1.4 Definition eines Pharmakons.............................................................................7
2 Gifte..........................................................................................................................8
2.1 Die biologische Wirkung..................................................................................13
2.2 Faktoren, welche die Wirkung wesentlich beeinflussen können......................15
3 Geruch, eine molekulare Wirkung ..........................................................................17
3.1.1 Geruchsempfindung
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, ................................................................................18
3.1.2 Geruchsindentifikation..............................................................................19
3.1.3 Geruchsintensität .....................................................................................20
3.1.4 Geruchsschwellen....................................................................................21
4 Resorption von Substanzen ...................................................................................23
Passive Diffusion .......................................................................................................23
Erleichterte Diffusion..................................................................................................23
Aktiver Transport........................................................................................................24
Pinocytose, Phagocytose, Persorption.......................................................................24
4.1 Diffusion ..........................................................................................................25
4.1.1 Inhalation..................................................................................................27
4.1.2 Orale Resorption ......................................................................................27
4.1.3 Dermale Resorption .................................................................................28
4.1.4 Parenterale Resorption ............................................................................28
4.2 Dissoziation.....................................................................................................28
5 Elimination..............................................................................................................34
5.1 Biotransformation ............................................................................................34
5.2 Exkretion .........................................................................................................35
5.3 Geschwindigkeit von Gleichgewichtseinstellungen (Kinetik) ...........................36
5.4 Occupationsmodell..........................................................................................39
5.4.1 Annahmen für das Modell: .......................................................................40
5.4.2 Grenzen des Modells ...............................................................................41
5.4.3 Übertragung auf Populationen .................................................................44
5.4.4 Bedeutung für die Wirkungsbeurteilung ...................................................46
5.4.5 Experimentelle Auswertung von Effekten.................................................50
5.4.6 Praktische Anwendung und Auswertung..................................................52
5.4.7 Das Occupationsmodell mit Antagonisten................................................62
5.5 Hormesis .........................................................................................................64
5.6 Gefährlichste Effekte.......................................................................................65
5.7 Stereochemie der Effekte................................................................................66
5.8 Resistenzbildung bei Antibiotika......................................................................69
6 Haber'sche Regel, ct-Produkt und Dosis................................................................70
6.1 Modellvoraussetzungen ..................................................................................70
6.2 Grenzwerte......................................................................................................74
6.3 Kohlenmonoxid................................................................................................78
6.4 Beurteilung von Stoffgemischen......................................................................84
6.5 Schwefelwasserstoff........................................................................................86
6.6 Die krebserzeugende Substanz Benzol ..........................................................88
6.7 Konzentrationsberechnungen in der Umweltchemie .......................................89
6.7.1 Problemstellung Ozon, O3........................................................................89
6.8 Dioxin und ADI-Wert........................................................................................91

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3
7 Carcinogene Wirkungen .........................................................................................94
7.1 Beispiele für die Giftung im Körper..................................................................97
7.2 Tumorbildung ..................................................................................................98
7.3 Das lineare Modell...........................................................................................99
8 Chemikaliengesetz ...............................................................................................102
8.1 Sicherheitsdatenblatt.....................................................................................102
9 Die Wirkung von Strahlen.....................................................................................107
9.1 Kernaussagen zur Radioaktivität...................................................................107
9.2 Auswirkungen auf den Menschen .................................................................108
9.2.1 Ortsdosisleistung....................................................................................109
9.2.2 Interne Bestrahlung................................................................................110
9.2.3 Molekulare Effekte .................................................................................111
9.3 Das Krebsrisiko .............................................................................................112
10 Überblick...........................................................................................................113
11 Glossar .............................................................................................................114
12 Risiko-, Sicherheits-, Entsorgungs-Sätze..........................................................126
12.1 R-Sätze .........................................................................................................126
12.2 S-Sätze .........................................................................................................129
12.3 E-Sätze .........................................................................................................131
13 Anhang: Sicherheitsdatenblatt: Nicotin .............................................................132

1 Nutzen oder Schaden?
sola dosis facet venenum
Allein die Dosis macht, dass etwas
ein Gift ist (Paracelsus 1)
(1537/38, in „7 Defensiones“)
Kleine Dosen können Medikamente sein,
grosse Gift (Colchizin, Digitalis, Aspirin –
eigentlich alle Medikamente).
"Verordnung den Gift- Verkauf angehend:
Gegeben den 25. Augstmonats 1772, erneuert
den 13. März 1789" (Kanton Bern).
"3°) Unter dem Ausdruck Gift verstehen Wir,
sowohl alles Fleigen- und Mäusegift, als alle
andre Gattungen von Giften, sowohl aus dem
Pflanzen- als Mineralreich, von welcher Art und
Namen sie immer seyn mögen; und soll solches
von niemanden anders, als gegen Vorweisung und Auslieferung hienachbemeldter massen
ausgefertigter Giftscheine, verkauft oder abgeliefert werden."
1.1 Wirkstoffe, Gifte und Pharmaka
Wirkstoffe, Gifte und Pharmaka sind charakterisiert mit:
- Art der Wirkung
- Ausmass der Wirkung
- Dauer der Wirkung
Da bleiben Fragen: (Wirkungsmechanismus)
� Wie wirkt eine Substanz?
� Warum wirkt eine Substanz?
4
Abbildung 1: Philippus Aureolus
Theophrastus Bombast von
Hohenheim, (1493-1541). Genannt
Paracelsus
Beispiel Ricin:
Der Samen der Ricinusstaude enthält unter anderem ein Protein, das schon in einer
Dosis von ca. 100 μg tödlich wirkt. Das Protein ist im Ricinusöl nicht löslich und bleibt
somit in den Pressrückständen zurück. Die Pflanze schützt ihren Samen mit diesem
Gift, denn bei der Keimung im Boden wird das Gift rasch abgebaut.
Es stellen sich zwei Fragen:
1. Wie wirkt dieses Protein? � Gefährlichkeit,
2. Bei welcher Dosis treten welche Schädigungen auf? � Risiko
1 Paracelsus, Philippus Aureolus, eigentlich Philippus Aureolus Theophrastus Bombast von Hohenheim,
(1493-1541), schweizerischer Arzt und Chemiker. Paracelsus griff die medizinischen
Glaubenssätze seiner Zeit an und behauptete, Krankheiten würden durch körperfremde
Substanzen verursacht und liessen sich durch chemische Substanzen bekämpfen. Geboren in
Einsiedeln.
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Resorption
Verteilung
Speicherung
Elimination
Abbildung 2: Der molekulare Weg zum Effekt
5
Dosis
Serumspiegel
pharmakodynamischer
Effekt
1.2 Wirkungen eine chemische Eigenschaft
Biotransformation
Viele Wirkungen lassen sich „neutralisieren“, denn sie sind direkt mit chemischen
Eigenschaften verknüpft.
Tabelle 1: Entgifungen, Beispiele
Beispiele:
Entgiftung durch Verdünnen
HCl - Konz. >25% ≥10-25 % >10
Gefahrensymbol C Xi frei
H2O2-Konz. Gas 10% 2.1-9.9% 1-2% 5000
Neutralisation
NaOH + HCl � NaCl
Gefahrensymbol C C frei
MAK (ppm) 2 5 frei (Staub?)
LD(50) mg/kg 70 2-4 (iv.)
14 (oral)
5400
Entgiftung durch Oxidation
Oxidation
(Verbrennung)
KCN + H2O2 � KCNO + H2O
LD(50)(mg/kg) < 5 5-50 (10%) 500-5000 frei
Entgiftung durch Oxidation
Oxidation
(Verbrennung)
4 HCN + 5 O2 � 4 CO2 + 2 N2 + 2 H2O
MAK (ppm) 5 6.0*10 5
5000 frei
Giftung in der Umwelt: Ozonbildung
3 O2 � 2 O3
MAK (ppm) frei 0,1
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1.3 Die 3 V der Anwendung von Wirkstoffen
vermeiden
• möglichst wenig gefährliche Substanzen (� ersetzen)
• nie mischen
• nur in Originalflaschen lassen
• Beschriftung immer gut sichtbar halten
• nicht in die Kanalisation entsorgen
• nicht verbrennen
vermindern
• möglichst wenig verwenden
• sorgfältig anwenden
• richtig aufbewahren
verbessern
• bessere Verfahren, gefahrlosere Reaktionen
6
Die Gefahrenklassierung gibt Aufschluss darüber, wie gefährlich die verwendeten Stoffe
eingestuft werden.
Brennspiritus (Ethanol)
• feuergefährlich (eigentlich:
leichtentzündlich)
Spiritus: Ethanol, CH3CH2OH,
landläufig Alkohol
Schnellentkalker
• Amidosulfonsäure
• ätzend,
• nicht einnehmen,
• Haut- und Augenkontakt vermeiden
Amidosulfonsäure (Amidoschwefelsäure,
Sulfaminsäure): H2N–SO2–OH
Abbildung 3: Beispiele von Stoffen im Haushalt, die Hinweise auf deren Gefährlichkeit haben
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1.4 Definition eines Pharmakons
2 Lüllmann H., Mohr K., Ziegler A., Taschenbuch der Pharmakologie, Georg Thieme Verlag
Stuttgart/New York, 1994, 279
3 Enck P., Deutsche Medizinische Wochenschrift 130: 1934 (2005), Abstract
4 Zubieta J.K, Journal of Neuroscience 25(34) (2005), zitiert in wissenschaft-online 26.08.2005
5 Petrovic P., Neuron 46: 957-969 (2005) , zitiert in wissenschaft-online 15.06.2005
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7
Man bezeichnet einen Stoff (Element, chemische Verbindung) als Pharmaka,
wenn er:
1. in einem bestimmten biologischen System (Mensch, Tier, Organ, Zelle)
2. bei Zufuhr in bestimmten Dosen, auf bestimmten Wegen und in bestimmten
Zeitabständen,
3. zur Prophylaxe, Diagnose oder Therapie geeignet ist.
Notwendige Bedingungen für die Eignung sind:
1. Die erwünschte prophylaktische, diagnostische oder therapeutische Wirkung
muss als biologische Wirkung erwiesen sein.
2. Die unerwünschten zusätzlichen Wirkungen dürfen den Einsatz des Stoffes für
prophylaktische, diagnostische oder therapeutische Zwecke nicht ausschliessen.
Eine biologische Wirkung eines Pharmakons oder eines Giftes ist:
1. Eine Änderung des Ausgangszustandes des biologischen Systems,
2. ursächlich bedingt durch Art, Dosis und Applikationsform des Stoffes;
3. qualitativ und quantitativ definierbar (und daher reproduzierbar).
Daraus folgt, dass Wirkungen durch psychologische Effekte, die durchaus
dosisunabhängig (z.B. Placebo) auftreten können, werden nach dieser Definition nicht
als biologische Wirkung von Pharmaka oder Giften angesehen werden.
Placebowirkungen sind immer wieder überraschend.
Placebogaben rufen nicht nur günstige, sondern auch ungünstige psychische und
physische Effekte hervor. Nach Placebogaben beobachtete man in zahlreichen
Untersuchungen Nebenwirkungen, die wohl nicht bedenklich waren, welche aber nach
der Einnahme von wirksamen Pharmaka häufig als störend beschrieben werden. In
einer Beobachtungsreihe kam es in 10% bis 25% der Fälle zu trockenem Mund,
Nausea, Schweregefühl, Schwierigkeiten sich zu konzentrieren, Schläfrigkeit,
Kopfschmerzen und sogar in 50% zu Dösigkeit 2 . Die Häufigkeit der Nebenwirkungen ist
abhängig davon, ob die Patienten überhaupt nach Nebenwirkungen befragt wurden und
wie diese Befragung erfolgte. Die Wirkung von Placebos wird sogar vom Geschlecht
der Ärzte und Patienten mitbestimmt! 3
Unter diesem Gesichtspunkt sind homöopathische Mittel zu befürworten, da sie keine
Haupt- und Nebenwirkungen besitzen und in stark suggestiver Weise verordnet und mit
besonderen Erwartungen entgegengenommen werden – bei genügend kleinen Dosen
werden keine direkten biochemischen Wirkungen, aber auch keine entsprechenden
Nebenwirkungen erwartet.
Mit Positronen-Emissions-Tomografie (PET) ist der Nachweis gelungen, dass Placebos
im Gehirn die Ausschüttung von körpereigenen Schmerzmitteln, den Endorphinen,
anregen. Damit ist ein Zusammenhang zwischen Placebo-Effekt und biochemischen
Prozessen wissenschaftlich bestätigt 4 . Ebenfalls gelang es zu zeigen, dass Placebos
die Hirnaktivität zur Vermeidung unangenehmer Gefühle steigern können 5 - wobei die
entsprechende Erwartungshaltung Positronen-Emissions-Tomografen (PET) von
besonders hoher Bedeutung war.

Eine Auswertung von vielen Studien hat bestätigt, dass homöopathische Mittel nicht
mehr Wirkung zeigen als Placebos 6 .
Eine quantitative Abschätzung:
8
Ein Mol eines Wirkstoffs enthält N A =6.022•10 23 Moleküle. Das sind bei einer Dosis von
m=1 mg und einer Molmasse von M=200 g/mol N = n•N A =m/M•N A =
0.001/200•6.022•10 23 = 3•10 18 Moleküle. Der Mensch enthält etwa 3•10 13 Zellen 7 .
Somit kommen bei gleichmässiger Verteilung auf eine Zelle 10 5 Wirkstoffmoleküle.
Diese einfache Abschätzung weist darauf hin, dass strukturspezifische Wirkstoffe
bevorzugt in spezifischen Zellen reagieren.
2 Gifte
Definition von Gift
Als Gifte gelten unbelebte Stoffe und daraus hergestellte Erzeugnisse die, vom Körper
aufgenommen oder mit ihm in Berührung gebracht, schon in verhältnismässig geringen
Mengen durch chemische oder chemisch- physikalische Wirkung das Leben oder die
Gesundheit von Menschen und Tieren gefährden können und deren Handhabung daher
besondere Vorsicht verlangt.
Tabelle 2: Beispiele von natürlichen toxischen Inhaltsstoffen in Lebensmitteln
Inhaltsstoff Vorkommen
Wirkung
Amygdalin (Glucosid) bittere Mandeln bildet Blausäure
60 Bittermandeln tödlich (Erwachsene)
5-10 tödl. Kind od. 10 Tropfen
Bittermandelöl
Glucobrassicin Kohlarten bildet Rhodanid (SCN
(Glucosid)
- ) und andere
kropfbildenden Substanzen
Solanin Kartoffeln Kratzen im Hals, Bauchschmerzen,
Durchfälle (tox. Dosis ca. 25 mg)
Oxalsäure Rhabarber, Spinat Gastroenteritis, Nierensteine
Myristicin Muskatnuss Halluzinationen, Dellirium
Tyramin, Histamin Käse, Wein Kopfschmerzen, Bluthochdruck
(biogene Amine)
Saxitoxin Muscheln, Austern,
die sich von
bestimmten Algen
ernähren
Siehe auch: Toxikologie der Nahrungsmittel 8
starkes Nervengift, verursacht
Lähmungen
6 Eggert M. et al., The Lancet 366: 726-732 (2005), zitiert in wissenschaft-online 26.08.2005
7 Korolkovas A., Grundlagen der molekularen Pharmakologie, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1974, 275
8 Lindner E., Toxikologie der Nahrungsmittel, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1979
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Tabelle 3: Ein harmloser Tee?
Heilkraut
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9
Heilwirkung als Tee Schadwirkung bei Dauergebrauch
Pfefferminze Magen- und
Darmstörungen,
Gallenbeschwerden
Kamille Entzündungen vor allem im
Magen- Darmbereich
Verdauungsenzyme werden in ihrer
Wirkung vermindert
Störung des biologischen Gleichgewichts,
z.T. nervöse Herzstörungen
Thymian Husten Störung der Schilddrüsenfunktion
Trotz diesen Giften als Inhaltsstoffe, können wir diese Nahrungsmitteln essen, aber:
• "Allzu viel ist ungesund",
• "Zuwenig und zu viel - ist beides Narrenspiel" und
• Die Wissenschaft kann nie die Nichtexistenz einer Vergiftung nachweisen.
Die erwünschte pharmakologische Wirkung mit der Dosierung im sogenannten
„therapeutischen Fesnter“ und die unerwünschte toxische Wirkung stehen oft im
Verhältnis eines stetigen Übergangs.
Baumwolle als Gefährdung?
Gifte können sich auch bei so genannten Naturprodukten zeigen. Die Byssinose
(griechisch Byssos Baumwolle, Flachs) ist eine charakteristische, chronische
Berufskrankheit der Atemorgane bei Baumwoll-, Hanf- und FlachsarbeiterInnen. Bei
HanfarbeiterInnen heisst sie auch Cannabinose, bei FlachsarbeiterInnen Linose. Die
Byssinose kommt in den Produktionsländern sehr häufig vor. Eine ägyptische Umfrage
beziffert den Anteil der in der Baumwollernte beschäftigten Personen, welche die
Symptome einer Byssinose angeben, auf 38%. In Westeuropa hängt die Häufigkeit
beim Umgang mit Baumwolle von der Baumwollsorte ab. Die Durchschnittszahlen
schwanken nach Angaben der SUVA zwischen 20% und 40%. Die schlechtesten
Qualitäten sind mit den grössten Erkrankungsziffern, bis 60%, verbunden. Die
Symptome zeigen sich beim Menschen bei einer Exposition von ca. 10 Jahren, nach
einer Einwirkungszeit von 20 Minuten als beengendes Gefühl auf der Brust, Abnahme
des maximalen Expirationsvolumens und einer Ungleichheit der Lungenbelüftung.
Montags, am Ende des Vormittags oder am Nachmittag stellt sich das beengende
Gefühl auf der Brust ein, daher der Name "Montagsdyspnoe". Die Beschwerden
kommen immer nach den Ferien und nach jedem Arbeitsunterbruch. Gibt der Patient im
fortgeschrittenen Stadium die Arbeit mit der Baumwollstaubbelastung auf, verschwinden
die Anfälle von Atemnot, eine Ventilationsstörung (obstruktives Syndrom) bleibt aber
bestehen. In England wurden seit ca. 30 Jahren mehrere tausend Renten wegen
respiratorischer Invalidität durch Byssinose ausgerichtet, und pro Jahr kommen 200 bis
300 neue Fälle dazu. Untersuchungen in Lancashire zeigen, dass die kardio-
respiratorische Mortalität bei Arbeitern der Textilindustrie doppelt so gross ist, wie
beider übrigen Bevölkerung. Spanische Vergleichsuntersuchungen haben bei
Flachsarbeitern eine kürzere Lebenserwartung als bei der übrigen Bevölkerung
gefunden.
Je höher die Dosis, desto stärker die Wirkung (aber auch die Nebenwirkungen).
Die Dosisabhängigkeit des Effekts gilt auch für Mikroorganismen (Viren, Bakterien,
Pilze).

10
Beispiel Mikroorganismen:
Wenn ein gesunder Körper mit der Nahrung 1000 Salmonellen aufnimmt, wird
der Körper mit diesen Stäbchenbakterien spielend fertig. Ab 10'000 ist es nicht
mehr so gemütlich, sind 100'000 im Spiel, reagieren wir mit Durchfall und sind
ernsthaft krank – allein die Anzahl (Dosis) macht, dass Bakterien gefährlich sind. Für
Viren und Bakterien liegen die kleinsten Infektionswerte, welche eigentlich den LDLo-
Werten entsprechen, im Bereich von 10 -8 g (Bakterien) bis 10 -14 g(kleine Viren) 9 .
Folgerung:
Molekular funktionieren alle Wirkstoffe im Prinzip gleich, ob es sich um Drogen, Gifte,
Doping oder Heilmittel handelt – nur die Folgen sind verschieden.
Wie unterscheiden sich Gifte und Pharmaka?
Bei Giften ist der Schaden grösser als der Nutzen, bei Pharmaka ist der Nutzen grösser
als der Schaden.
Wer die chemischen Eigenschaften einer Substanz kennt, kann deren Wirkungen bis zu
einem gewissen Mass vorhersagen (Struktur-Aktivitäts-Beziehung; Structure-Activity-
Relationship SAR oder Quantitative Structure-Activity Relationship: QSAR). Zur
Unterstützung dieser Beurteilungen werden heute Computerprogramme verwendet,
welche aus den Strukturen die Reaktionen ableiten.
9 Koop N., ABC Abwehr in der erweiterten Luftverteidigung, Forum ABC Abwehr und Schutzaufgaben,
Bonn 2001
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11
Welches sind chemische Voraussetzungen, damit eine Substanz gefährlich ist? (Wann
ist eine Substanz physiologisch wirksam?)
1. Ungewöhnliche Oxidationszahlen (reaktiv): Wasserstoffperoxid, Kohlenmonoxid,
Hypochlorite, Nitrite, Chlorate. Verbindungen zwischen elektronegativen Elementen:
Ozon, Peroxide, Fluor, Chlor, Brom, Iod, Phosgen, Isocyanate, Cyanide, Stickoxide,
Schwefeloxide, Chloroxide..
2. Sehr grosse chemische Reaktivität: Starke Säuren/Basen, Stoffe mit sehr grossem
Wasserbindungsvermögen, konz. Säuren/Basen, Alkalimetalle, Halogene, spez.
Modifikationen wie weisser Phosphor, Säurechloride etc.
3. Gespannte Verbindungen: Drei-, Vierringe.
4. Hoher Dampfdruck: Wasserstoff, Ammoniak, Chlor, Ozon, Brom, Quecksilber. Fein
verteilte Stoffe (grosse Oberfläche: Nickel, Eisen, Paladium, Holz, Mehl,
Medikamente..)
5. Ausgeprägte Elektrophilie (mutagen, carcinogen): Epoxide, Azirine, N-Nitrosamine,
Alkylierungsmittel, Dreiringe mit einem Element mit EN>2.6.
6. Lipophile Stoffe (fettlösliche Stoffe): Tetrachlorkohlenstoff, Benzol, DDT, Vinylchlorid,
je mehr Halogene desto toxischer (mit Ausnahmen), vor allem als schwache Basen
(Amine).
7. Schwache Basen (Amine)
8. Polare Stoffe in unpolarer Umgebung.
Eine Kombination der obigen Eigenschaften vergrössert die Gefährdung.
schwach
basisch
elektrophil
lipophil
gasförmig
fein verteilt
reaktiv
Abbildung 4: Wichtige Parameter, welche die Reaktivität einer Substanz beeinflussen
Chemie Bützer

12
Die gegenseitige Beeinflussung der Parameter kann mit dem Sensitivitätsmodell nach
Vester 10, 11 recht gut abeschätzt werden. Für unser Betrachtung sollen nebst der Wirksamkeit
nur gerade 5 Parameter berücksichtigt werden.
Die erwartete Kopplung wird in 5 Stufen eingeteilt:
0: keine, 1: mögliche; 2: erkennbare; 3: wichtige; 4: dominante Kopplung
Es wird nur die direkte Beeinflussung der Parameter in den Zeilen auf die beurteilten
Parameter in den Kolonnen zugelassen.
Tabelle 4: Wirkung der Parameter
von/auf �
�
Reaktivität
Polarität
Lipophilie
Basizität
Reaktivität ------ 0 0 0 4 4 8.0 1.0
Polarität 2 ------ 4 1 3 3 13.0 2.2
Lipophilie 0 4 ------ 1 3 3 11.0 1.6
Basizität 2 2 1 ------ 1 3 9.0 4.5 aktiv
Persistenz 4 0 2 0 ------ 3 9.0 0.8
Wirksamkeit 0 0 0 0 1 ------ 1.0 0.1 reaktiv
PS 8 6 7 2 12 16
P = AS x PS/10 6.4 7.8 7.7 1.8 10.8 1.6
kritisch puffernd
Tabelle 5: Interpretation
Kybernetische
Rolle
Charakteristik Bemerkungen
Aktivsumme Beeinflusst die andern Diese Summe gibt an, wie aktiv ein Parameter auf andere
(grösste AS) Parameter am stärksten wirkt (aktives Verhalten).
Passivsumme Wird von den andern Diese Summe gibt an, wie stark dieser Parameter von
(grösste PS) Parametern am stärksten
beeinflusst
anderen beeinflusst wird (passives Verhalten).
aktives Viele Einflüsse gehen aus Hat stabilisierenden Einfluss.
Element Wenige Einflüsse gehen ein Ist nicht leicht aus dem System heraus als Hebel zu
(höchstes Q)
verwenden. Wenn es sich verändert, ergeben sich
nachhaltige Auswirkungen auf das Systemverhalten.
reaktives Wenige Einflüsse gehen aus Guter Indikator.
Element Viele Einflüsse gehen ein Diesen zu verändern ist Symptombehandlung und bringt
(niedrigstes Q)
für die Gesamtkonstellation des System nichts.
kritisches Viele Einflüsse gehen aus Kann gut als Hebel für Veränderungen verwendet werden.
Element Viele Einflüsse gehen ein Veränderungen mit diesem Element sind kontrolliert
(höchstes P)
durchzuführen, da sich die Entwicklung sonst
aufschaukeln könnten.
pufferndes Wenige Einflüsse gehen aus Einwirkungen auf diese Komponente wirken sich nicht
Element Wenige Einflüsse gehen ein oder nur sehr träge aus. Vorsicht ist geboten, wenn diese
(niedrigstes P)
Elemente direkt und stark auf andere aktive oder kritische
Elemente wirken („Wolf-im-Schafpelz“-Verhalten).
10 Vester F., Die Kunst vernetzt zu denken, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart, 1999, 155ff
11 Ulrich H., Probst G.J.B., Anleitung zum ganzheitlichen Denken und Handeln, Verlag Paul Haupt, Bern,
1990
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Persistenz
Wirksamkei
t
AS
Q = AS/PS

2.1 Die biologische Wirkung
« Savoir pour prévoir,
prévoir pour prevenir. »
(A. Compte)
13
Wirkstoffe sind immer Substanzen, welche chemische Besonderheiten aufweisen.
Diese lassen sich erfassen und beschreiben. Erst der molekulare Zusammenhang mit
der biologischen Wirkung (Enzyme, Zellen, Organe, Lebewesen, Gemeinschaften etc.)
erlaubt uns aber, Vorhersagen im wissenschaftlichen Sinne zu machen.
Dosis
Pharmakon
Resorption
Abbau durch
Biotransformation
Transportform
Wirkform
Aktivierung durch
Biotransformation
Extrazelluläre Flüssigkeit
Eiweissbindung
Transport
Bindung im
Gewebe
Ausscheidung
Wirkorte für
Nebenwirkungen
Wirkung
Dosis- Effekt-
Beziehung
Wirkorte für
erwünschte Wirkungen
Abbildung 5: Einige wichtige Grundprozesse für die Wirkung eines Pharmakons
Dosis- Effekt-
Beziehung
Nebenwirkung
Der Stoffwechsel, Metabolismus, ist bedeutsam und damit die Leber als wichtigstes
Organ für chemische Reaktionen. Auch das Ausscheidungsorgan für polare Stoffe, die
Niere hat einen grossen Einfluss auf die Wirkung und kann durch Wirkstoffe betroffen
sein (Glomeruli als harnbildende, Tubuli als rückresorbierende Strukturen).
Sehr wichtig für das Verständnis der Wirkung von Substanzen sind die molekularen
Eigenschaften wie:
• Molmasse
• Fettlöslichkeit
• Proteinbindung
• Clearance (Abbaugeschwindigkeit in Leber und Ausscheidungsgeschwindigkeit
in Niere)
Manchmal bilden sich die wirksamen Substanzen erst als Metaboliten. Das war
beispielsweise bei der Entdeckung einer therapeutisch wichtigen Substanzklasse gegen
bakterielle Infektionen der Fall, bei den
Chemie Bützer

Sulfonamiden:
1932 untersuchte Gerhard Domagk einen roten Farbstoff auf seine Wirkung gegen
Bakterien: Prontosil. Das ist nicht verwunderlich, werden doch einige Farbstoffe zum
spezifischen anfärben von Bakterien in Kulturen verwendet.
14
Dieser war in vitro, in einer Bakterienkultur nicht wirksam, wohl aber in Lebewesen, in
vivo !!!
gegen Bakterien
wirksamer Metabolit
Spaltung im Körper
N N
unwirksam
N
N S N
Prontosil
O
O
N S N
Sulfanilamid
Abbildung 6: Aus einem unwirksamen Farbstoff Prontosil wird im Körper der gegen Bakterien
wirksame Metabolit Sulfanilamid gebildet.
Die Erklärung muss beim Stoffwechsel des Menschen gesucht werden. In vitro, als in
Bakterienkulturen ist Pronosil somit nicht wirksam – das zeigt die Notwendigkeit von in
vivo Tests.
H2N
HN
2
O
N
1
4
Pteroinsäure L -Glutaminsäure
5
N
N
8
6
7
10
HN
9
O COOH
N
H
H
4-Aminobenzoesäure
O
O
COOH
Abbildung 7: p-Aminobenoesäure wird von den Bakterien zum Aufbau der Folsäure benötigt.
Bakterien können selbst Folsäure (einen Vertreter des Vitamin B- Komplexes) herstellen.
Sie benötigen dazu 4-Aminobenzoesäure = p-Aminobenzoesäure (PAB). Das
Sulfanilamid wird bei dieser Synthese mit der PAB verwechselt, der Stoffwechsel der
Bakterien kommt zum erliegen.
Chemie Bützer

15
Manchmal ist es gar nicht einfach, die Ursache mit der Wirkung in einen kausalen
Zusammenhang zu bringen. Wenn Vögel tot vom Himmel fallen und hohe Pestizidkonzentrationen
im ZNS gefunden werden, ist ein Kausalzusammenhang relativ leicht
herzustellen. Oft ist der Zusammenhang zwischen Pestizidexposition und toxischen
Wirkungen komplizierter. Dazu ein Beispiel: 1974 wurden im Staate Missouri der USA
Blau- und Schneegänse mit Vergiftungserscheinungen und hohen Konzentrationen von
Dieldrin (Organochlorpestizid) im Hirn gefunden, obwohl in diesem Staate kein Dieldrin
eingesetzt worden war.
Die Exposition der Vögel fand 1000 km südlich statt, wo Dieldrin für die Behandlung von
Reissaatgut eingesetzt worden war. Dieldrin wurde von diesen Vögeln in relativ hohen
Konzentrationen im Fett eingelagert. Durch Fettmobilisation während des 1000 km
langen Fluges nach Norden entstanden hohe Blutkonzentrationen mit den
entsprechenden toxischen Konsequenzen.
2.2 Faktoren, welche die Wirkung wesentlich beeinflussen können
• Individuelle Unterschiede (Konstitution),
• Geschlechtsunterschiede 12 (bekannt bei Schmerzmitteln etc.)
• Gesundheitszustand, Befindlichkeit,
• tägliche Schwankungen, Biorhythmen,
• Unterschiede in der Ernährung (Bsp.: Eisen mit Vitamin C, Vitamin A mit Fetten..)
• Unterschiede im Verhalten (Sport, Ruhe..),
• Umwelt (Wärme, Kälte..),
• Konzentration, Dauer (wie viel, wie lange, wie häufig...), Expositionshöhe,
• Expositionsweg,
• etc.
Einfluss der Ernährung (zwei ausgewählte Beispiele):
Fast alle Blutdrucksenker, Immunosuppresiva, Beruhigungsmittel etc. werden
wesentlich besser aufgenommen, wenn man sie mit einen Glas Grapefruitsaft einnimmt.
Grapefruitsaft blockiert im Dünndarm das Enzym CYP3A4, welches ganz bestimmte
Medikamente abbauen kann. Da nicht alle Menschen gleichviel von diesem Enzym
haben, wird bei diesen auch eine unterschiedliche Dosis aufgenommen. Zusammen mit
Grapefruitsaft ist das nicht mehr der Fall 13 .
Knoblauch kann den Blutspiegel des HIV-Medikaments Saquinavir um bis zu 50%
senken, und damit die Therapie beeinträchtigen 14 .
Milchprodukte können bei gleichzeitiger Einnahme mit ihren Eiweissen gewisse
Antibiotika binden und somit die Aufnahme beeinträchtigen. Die Serumspiegel sind
dann zu tief und die Therapie ist gefährdet.
Das obige Beispiel des Einflusses von Lebensmitteln zeigt, dass es praktisch unmöglich
ist alle wichtigen Wechselwirkungen mit Sicherheit zu erfassen. Andererseits müssen
12 Melton L., His Pain, her Pain, New Scientist, 19 January, 2002, 32
13 Barbara Kunz, NZZ Mittwoch 23.Juli 1997, Nr.168, S.17, zitiert aus J. of Clinical Investigation 99 2545-
2553 (1997)
14 Lahrtz S., Knoblauch beeinflusst HIV-Medikamente, NZZ, Mittwoch, 16. Januar, 2002, Nr. 12, S.48
Chemie Bützer

16
bei Experimenten viele Parameter fest gehalten werden. Somit hat die Übertragung von
experimentellen Daten sehr sorgfältig zu erfolgen. Nicht nur die Statistik ist zu
berücksichtigen (Streuungen, Messfehler), auch individuelle Unterschiede der
Lebewesen können die Aussagen entscheidend beeinflussen (Extremfälle).
Schlaf
tritt ein
if
echt
positiver Befund
Wirkung
durch das Mittel
Übertragung von Befunden auf den Menschen
am Beispiel eines Schlafmittels
if Schlafmittel
wird gegeben
then else
then else
falsch
positiver Befund
- sonst müde
- anderer Wirkstoff
kein Schlaf
tritt ein
if
echt
negativer Befund
Mittel
wirkt nicht
then else
falsch
negativer Befund
- Unempfindliche Person
- falsche Dosierung
- zu munter
- anderes Mittel weckt
- Inhibitor in der Nahrung
Abbildung 8: Struktogramm einer Abklärung der Wirksamkeit, Beurteilung von Befunden
(Beobachtungen)
Diese Beurteilung der Befunde hat eine besonders grosse Bedeutung bei der
Übertragung von Resultaten von Untersuchungen bei Tieren auf den Menschen.
Chemie Bützer
Es ist wichtig sich klarzumachen, dass in vielen Situationen die Weigerung zu
handeln selbst einer Handlung gleichkommt.
(Karl R. Popper, Objektive Erkenntnis, campe, 1974)

Wirklichkeit
positiv
negativ
positiv
I
17
III
falsch positiv
Testergebnisse
negativ
II
falsch negativ
Berechnung Bezeichnung Interpretation
I+II+III+IV Summe
I/(I+II) Sensitivität Anteil, mit dem ein vorhandenes Merkmal erfasst werden kann
Anteil, mit dem ein nicht vorhandenes Merkmal erfasst werden
IV/(III+IV) Spezifität
Vorhersage-
kann
I/(I+III) wert Richtige Ergebnisse und keine falsch positiven Resultate
(I+II)/Summe Prävalenz
(I+IV)/Summ
Positive Ergebnisse im Vergleich zur Gesamtzahl
e Konkordanz Richtige Ergebnisse im Vergleich zur Gesamtzahl
Abbildung 9: Interpretation von Wirkstoffprüfungen
3 Geruch, eine molekulare Wirkung
Die Wahrnehmung von Gerüchen mit den Riechkolben in der Nase führt zu
Informationen unmittelbar im limbischen System, einem archaischen Teil des Gehirns,
wo auch Gefühle zu Hause sind und das Gedächtnis mitgeformt wird. Diese
physiologische Nähe zur Welt der Emotionen und Erinnerungen macht verständlich,
weshalb uns ein bestimmter Geruch urplötzlich mit grösster Deutlichkeit längst
Vergessenes zurückbringen kann. Gerüche können uns enorm beglücken oder aber
auch zutiefst ängstigen. Dass Gerüche für uns, wenn auch meist verdrängt, wichtig sein
müssen lässt sich aus folgender Erkenntnis ableiten: Nicht weniger als ein Prozent der
gesamten Gene ist wahrscheinlich für die Produktion von ca. 2000 Rezeptoren
reserviert, die Geruchstoffe binden 15 . Der Gesamteindruck kommt als Kombination der
verschiedenen Signale zustande 16 . Die Leistung unserer Nase ist beeindruckend,
können wir doch – vielleicht erst mit Übung – bis 10’000 Gerüche unterscheiden 17 .
Schlechte Gerüche verbinden wir meist mit schlechten Empfindungen, starke unbekannte
Gerüche erzeugen oft Angst, kurz: Widerliche Gerüche erzeugen in
genügend hohen Konzentrationen Angst – Warneigenschaft. Wird diese
Empfindung gar mit einem an sich schon unheimlichen Eindruck eines ungewöhnlichen
Ereignisses verbunden, dann sind panische Reaktionen zu erwarten - die instinktive,
emotionale Reaktion schliesst eine rationale Beurteilung oftmals aus.
Als am Montag 16. August 1999 im Senats Gebäude in Washington ein ungewöhnlicher,
wenig intensiver Geruch auftrat, kam die Diskussion auf, ob es sich um
einen Terror-Gas-Angriff handeln könnte. Irgend jemand gab Alarm. Die Bewohner
15 Axel R., Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1995, 72
16 Axel R., Buck L.B., Nobelpreis in Medizin und Physiologie 2004
17 Stahl-Bishop E., Reher G., Geschmack und Geruch, Deutsche Apotheker Zeitung, 127. Jg., Nr. 48,
1987, 2529
Chemie Bützer
IV

18
flohen, Polizei, Ärzte und Feuerwehr kamen vor Ort. Schliesslich fand man einen Sack
in der Cafeteria mit geschälten und geschnittenen Zwiebeln, die für den Salat gerichtet
aber vergessen worden waren und nun verrotteten. Hätten die Personen den Geruch
identifizieren können, wäre keine Panik ausgebrochen, oder wie der Psychologe Pan
Dalton meinte 18 : „But when people don’t recognise a smell they assume it’s a hazard.“
Folgerung:
Rasch auftretende, unbekannte Gerüche werden meist mit Gefahr assoziiert.
Dass die Geruchswahrnehmung eine Warnung sein kann, ist beim praktisch
geruchsfreien Erdgas umgesetzt worden, indem absichtlich THT
(Tetrahydrothiophen) als Odorierungsmittel zugesetzt wird.
3.1.1 Geruchsempfindung 19,20
Es scheint, als ob uns Gerüche unmittelbarer und tiefer ansprechen als andere
Sinneseindrücke. Das wollte der französische Schriftsteller Marcel Proust (1871 bis
1922) in seinem wichtigen, halbautobiographischen Roman "Auf der Suche nach der
verlorenen Zeit” fassen, als er die Schlüsselszene reflektierte, die ihm "die Wahrheit, die
ich suche", erschloss: als er "einen Löffel Tee mit dem aufgeweichten kleinen Stück
Madeleine darin" an die Lippen führte und sich urplötzlich Erinnerungen an die Kindheit
wieder einstellten. Geschmack und Geruch, fuhr er fort, seien die Sinne, die "allein,
zerbrechlicher, aber lebendiger, immateriell und doch haltbar, beständig und treu ... in
einem beinahe unwirklich winzigen Tröpfchen das unermessliche Gebäude der
Erinnerung unfehlbar in sich tragen".
Wie stark der Geruchsinn beim Kind das Unterbewussten ist, zeigt nicht zuletzt die
verbale Hilflosigkeit im Umgang mit Geruchsempfindungen. Im Deutschschweizer
Dialekt sagen wir es „schmeckt“ nach Heu und geben damit zu erkennen, dass wir
Geruch und Geschmack nicht einmal unterscheiden. Wir können Farben und Töne
mehr oder weniger präzis benennen und stehen ausserdem mit Wellenlänge, Amplitude
und Frequenzspektrum physikalisch wohldefinierte Parameter zur Verfügung, in der
Welt der Gerüche bleibt selbst den Fachleuten nur der Weg mehr oder weniger diffuser
Umschreibung. So benutzt der Parfumeur Listen mit Ausdrücken wie „kaffeeartig“,
„suppig“, „seilartig“ und kann durchaus bei Bezeichnungen wie „dreckige Wäsche“ oder
„nasser Hund“ landen. Spannend sind schliesslich die verbalen Bemühungen, denen
wir in den Katalogen der Weinhändler begegnen. Die Ohnmacht im Umgang mit dem
Geruchsinn ist noch akzentuiert durch den physiologischen Umstand, dass auch unser
„Schmecken“ weitgehend eine Domäne des Riechens ist. Denn unsere Zunge kann
lediglich süss, sauer, salzig, bitter und umami unterscheiden, und die sensorische
Hauptarbeit beim Essen wird über den Nasen-Rachen-Raum wiederum an das
Riechorgan delegiert - die Deutschweizer Mundart scheint dies zufälligerweise(?) richtig
auszudrücken, wenn das Essen schmeckt.
18 Pain S., Stench Warfare, New Scientist, 7 July (2001) 44
19 Stahl-Bishop E., Reher G., Geschmack und Geruch, Deutsche Apotheker Zeitung, 127. Kg., Nr. 48
(1987) 2529
20 Freeman W. J., Physiologie und Simulation der Geruchswahrnehmung, Spektrum der Wissenschaft,
April (1991) 60-69
Chemie Bützer
S
THT

Die Gerüche werden in unterschiedlichen Konzentrationen auch qualitativ unterschiedlich
wahrgenommen. Sehr hohe Konzentrationen von an sich angenehmen
Düften werden meist nicht geschätzt.
3.1.2 Geruchsindentifikation
Chemie Bützer
19
Die Gestalt der Geruchsmoleküle bestimmt den Geruch der betreffenden Substanz, die
Moleküle ähnlich riechender Substanzen sind oft auch ähnlich geformt. Man kennt
heute etwa 1 000 unterschiedliche Rezeptortypen und 1 000 zugehörige
transmembrane Proteine. Wenn diese Rezeptoren in ihrer Struktur und mit ihren
Bindungseigenschaften genau bekannt wären, könnte man eine wissenschaftlich,
molekular begründete Klassierung der Gerüche vornehmen – doch das ist zur Zeit noch
nicht möglich. Die sieben grundlegende Düfte: Campher, Moschus, blumig, Pfefferminz,
etherisch, stechend (Essig) und faulig, können diesem Anspruch nicht gerecht werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass die meisten Leute bei der Beschreibung eines Geruchs
automatisch von dem Gegenstand ausgehen, der ihn verursacht. Das ist verständlich,
denn ausserhalb des Laboratoriums wird ein Geruch dadurch definiert, dass man ihn
gleichzeitig sieht und riecht. Dinge, die verschieden aussehen, riechen im allgemeinen
auch unterschiedlich. Wir unterscheiden den Apfel von der Banane und die Banane von
der Zitrone, indem wir sie verschieden benennen. Aus demselben Grund geben wir
auch Gerüchen unterschiedliche Bezeichnungen. Diese Namen bilden, nachdem sie
einmal verschiedenen Gerüchen zugeordnet wurden, die einzig annehmbare Grundlage
für eine Kategorisierung: Namen definieren Gerüche, setzen sie in Beziehung zu
anderen Düften und geben ihnen eine „interne Adresse“, mit deren Hilfe wir sie aus dem
Gedächtnis abrufen können.
Wenn die Begriffe, die man Gerüchen zuordnet, wiedergegeben, wie und wie gut
Geruch enkodiert (verschlüsselt) wurde, dann kann möglicherweise auch ein vorgegebener
Begriff, sowohl die Geruchsempfindung als auch die spätere Erkennbarkeit
beeinflussen. Allerdings dürfen solche Manipulationen nicht ganz willkürlich sein, wenn
sie Erfolg haben sollen. Sie müssen dem Betroffenen sinnvoll erscheinen und sein
vorhandenes, wenn auch vielleicht lückenhaftes Wissen berücksichtigen.
Das simpelste Beispiel für unsere Beeinflussbarkeit ist die Tatsache, dass eine nur
vage Geruchsempfindung Gestalt annimmt, sobald man ihr einen Namen gibt. Nehmen
wir an, einer Testgruppe wird ein Gegenstand vorgelegt, den sie nach dem Geruch
bestimmen soll. Die Teilnehmer stellen fest, es rieche „irgendwie“ nach Öl, nach
Ziegenbock und nach „Fisch“. Fordert man sie nun auf, genau diese Bestimmung für
spätere Testversuche im Gedächtnis zu behalten, fällt ihnen das meist sehr schwer.
Finden sie jedoch spontan heraus, was es ist, oder sagt man ihnen direkt, dass es sich
um Leder handelt, gewinnt ihre Wahrnehmung eine ganz andere Qualität: Der vage
Eindruck verändert sich zur Wahrnehmung von typischem Ledergeruch.

3.1.3 Geruchsintensität
20
Der Geruchssinn folgt, wie alle anderen Sinne dem
Weber-Fechner’schen Gesetz, das besagt, dass die
Empfindungen logarithmisch sind. Die Erweiterung
dieses Zusammenhangs ist das Gesetz von Stevens 21 ,
welches als Potenzgesetz auch Exponenten k zulässt,
die grösser oder kleiner als 1 sind:
k
I = c • S ;
I: empfundene Intensität des Geruchs
S: Stimulus (Anregung: hier Geruchsstoff-Konzentration)
k: stoffspezifische Konstante (für Hexan z.B. 0.6)
c: „Nullwert“ (falls der Stimulus S=0 ist I = c)
Mit Schwellenwert So, wobei S ≥ So:
k
I = c • ( S − So)
; (ist nicht ganz korrekt, weil bei S

22 Winter O., Grundlagen der Sensorik, Food Technology Magazin, Juni (1990) 6
23 Richardson A., in Pybus D.H., Sell Ch.S. (ed.), The Chemistry of Fragnaces, The Royal Society of
Chemistry, Letchworth, 1999, 148
Chemie Bützer
21
Frauen können generell Gerüche besser identifizieren als Männer und sie (lernen)
Gerüche schneller als ihre männlichen Konkurrenten. Zwar verbessert sich auch bei
den Männern das Ergebnis mit Üben, doch können die Frauen ihren Vorsprung halten.
Konzentrationssteigerungen von Duftstoffen werden nur schlecht wahrgenommen: Eine
Erhöhung der Konzentration um ca. 20% wird im allgemeinen erst registriert 22 .
Bedingt durch die logarithmische Empfindung, kann die Geruchsintensität mit einfachen
Skala wiedergegeben werden:
Tabelle 6: Intensitätsskala für Gerüche
3.1.4 Geruchsschwellen
Intensität
Empfindung
log(I)-log(c)
0 Kein Geruch
1 Sehr schwach (Schwelle)
2 Schwach
3 Mittel stark
4 Stark
5 Sehr stark
Die schwächste noch wahrnehmbare Duftkonzentration eines Stoffes ist als
Geruchsschwellenwert (detection threshold) definiert, während die geringste
Konzentration für die Identifikation als Erkennungsschwellenwert oder
Wahrnehmungsschwellenwert (recognition threshold) bezeichnet wird. Zusätzlich
kennt man die Unterscheidung von zwei Gerüchen, deren kleinste Konzentrationen als
Differenzschwellenwert 23 (difference threshold) bekannt ist.
Tabelle 7: Geruchsschwellen einiger ausgewählter Substanzen
Formel charakterisWahrErkennungstischer Geruch nehmungsschwelleschwelle (ppm)
(ppm)
c(Erkennung)/ Molc(Wahrmassenehmung)
(g/mol)
Acetaldehyd CH3CHO scharf, fruchtig 0.004 0.21 53 44.05
Allylmerchaptan CH2CHCH2SH stark nach
Knoblauch,
Kaffee
0.0005 --- 74.15
Ammoniak NH3 scharf, stechend 0.037 46.8 1265 17.03
Amylmerchaptan CH3(CH2)3CH2SH unangenehm,
verfault
0.0003 --- 104.22
Benzyl- C6H5CH2SH stark 0.00019 --- 124.21
Mercaptan
unangenehm
Butylamin C2H5CH2CH2NH2 sauer, ähnlich
wie Ammoniak
--- 0.24 73.14
Cadaverin H2N(CH2)5NH2 verfault, --- --- 102.18

Chemie Bützer
22
Chlor Cl2
verwesendes
Fleisch
streng,
erstickend
0.01 0.314 31 70.91
Chlorophenol ClC6H5O medizinisch,
phenolartig
0.00018 --- 128.55
Mercaptan Crotyl CH3CH:CHCH2S nach Stinktier 0.000029 --- 90.19
Dibutylamin (C4H9)2NH fischig 0.016 --- 129.25
Diisopropylamin (C3H7)2NH fischig 0.0035 0.085 24 101.19
Dimethylamin (CH3)2NH verfault, fischig 0.047 0.047 1 45.08
Dimethyl Sulfid (CH3)2S vergammelndes
Gemüse
0.001 0.001 1 62.13
Diphenyl- Sulfid (C6H5)2S unangenehm 0.000048 0.0021 44 186.28
Ethylamin C2H5NH2 nach Ammoniak 0.83 0.83 1 45.08
Ethylmercaptan C2H5SH verfaulender
Kohl
0.00019 0.001 5 62.1
Wasserstoffsulfid H2S faule Eier 0.00047 0.0047 10 34.1
Indol C2H6NH2 ekelerregend --- --- 117.15
Methylamin CH3NH2 verfault, fischig 0.021 0.021 1 31.05
Methyl-
Mercaptan
CH3SH verfaulter Kohl 0.0011 0.0021 2 48.1
Ozon O3 reizend über 2
ppm
0.001 --- 48
Propyl-
Mercaptan
CH3CH2CH2SH unangenehm 0.000075 --- 76.16
Putrescin NH2(CH2)4NH2 verfault,
ekelerregend
--- --- 88.15
Pyridin C6H5N unangenehm,
reizend
0.0037 --- 79.1
Skatole C9H9N fäkal,
ekelerregend
0.0012 0.47 392 131.2
Schwefeldioxid SO2 scharf, reizend 0.009 --- 64.07
CSH-tertbutyl (CH3)3CSH Stinktier,
unangenehm
0.00008 --- 90.19
Thiocresol CH3C6H4SH Stinktier, ranzig 0.0001 --- 124.21
Thiophenol C6H5SH verfault, nach
Knoblauch
Triethylamin (S2H5)3N nach Ammoniak,
fischig
0.000026 0.28 10769 110.18
0.08 --- 101.19
Mittelwert 84
Stabw 37
Der Wahrnehmungsschwellwert ist im Durchschnitt etwa um einen Faktor 80 tiefer, als
der Erkennungsschwellwert - diese Feststellung gilt mit einer Standardabweichung von
fast 40.
Folgerung:
Die Konzentration um eine Substanz in Luft zu erkennen (identifizieren) muss ca. um
einen Faktor 80 höher sein als die Konzentration für eine undefinierte Wahrnehmung.

23
Die mittlere Geruchsschwelle (olfactory threshold, die Wahrnehmungsschwelle) ist z.B.
beim Menschen für Diethylether 0.75 ng/cm 3 Luft, für Vanillin 0.0000435 ng/cm 3 , oder
Skatol 0.00035 ng/cm 3 24,25 . Die individuellen Streuungen der Empfindlichkeit beim
Menschen sind meist sehr gross und können bei einfachsten Verbindungen wie
Schwefelwasserstoff (H2S) 5, oder Methanol (CH3OH) gar 6 Potenzen betragen 26 . Dies
lässt sich mit dem Weber - Fechner - Gesetz begründen, nachdem die
Geruchsempfindung, wie die anderen physiologischen Reize, logarithmisch zum Reiz
sind (Geruchsempfindung = log(c-c0), c0: Geruchsschwellwert). Individuelle Reaktionen
auf bestimmte Gerüche sind bei solchen Streubreiten nicht möglich, wohl aber mittlere
Angaben, bei welcher Konzentration bei einer Vielzahl von Personen mit
Geruchsempfindungen gerechnet werden muss 27 .
CH3-CH2-O-CH2-CH3
CHO
OCH 3
Diethylether
OH
Vanillin Skatol
4 Resorption von Substanzen
Beliebige Substanzen können auf den Oberflächen wirken oder in den Stoffwechsel
eintreten. Nebst den physikalischen Grössen wie Zeit, Temperatur und Oberfläche sind
die chemischen Eigenschaften und die biologischen Vorgänge für die Resorption
(Aufnahme, Invasion, Stoffaufnahme) bestimmend.
Man kennt prinzipiell vier Möglichkeiten des Substanzdurchtritts durch eine Membran:
1. (rein passive) Diffusion (Permeation),
2. erleichterte (Carrier-vermittelte) Diffusion,
3. aktiver Transport oder
4. Pinocytose, Phagocytose und Persorption
Passive Diffusion
Stofftransport direkt proportional :
• dem Konzentrationsgradienten,
• der Membranfläche sowie
• dem Verteilungskoeffizienten der betreffenden Substanz,
• aber umgekehrt proportional der Membrandicke.
Erleichterte Diffusion
24 ROCHE Lexikon Medizin, Urban & SchwarzenbergMünchen, Wien, Baltimore, (1984) 1378
25 Roussellin X., Falcy M., Le nez, les produits chimiques et la sécurité, INRS, Cahiers de notes
documentaires n° 124, 3e trimestre, 331 (1986)
26 Verschueren K., Handbook of Environmental Data on Organic Chemicals, 2nd ed., Van Nostrand
Reinhold Company, New York, 47 (1983)
27 AIHA, Odor Thresholds for Chemicals with Established Occupational Health Standards, Acron (1989)
Chemie Bützer
H
N
CH 3

24
Transportbeschleunigung hydrophiler Substanzen (z. Bsp. Glucose) mit geringer
Membranpermeabilität durch Wechselwirkung mit speziellen Proteinen, (sog. Carriern)
bei hoher Strukturspezifität und Sättigung des Transportsystems bei hohen
Substanzkonzentrationen (Besetzung sämtlicher Bindungsstellen auf einer
Membransseite). Hemmbarkeit durch Inhibitoren.
Aktiver Transport
Substanz wird entgegen dem Konzentrationsgefällle im Sinne eines Bergauftransports
durch die Membran transportiert als energieverbrauchender Prozess z. Bsp. für
Aminosäuren und einige wasserlösliche Vitamine.
Mit Natriumionen gekoppelter Transport, wobei die Substanz und Natriumionen in
dieselbe Richtung transportiert werden (Symport).
Pinocytose, Phagocytose, Persorption
• Pinocytose : Aufnahme kleine Flüssigkeitströpfchen.
• Phagocytose : Aufnahme von Feststoffpartikeln aus dem Magen-Darm-Kanal
(Oberflächenmembran stülpt sich ein und das extrazelluläre Material wird
vesikulär eingeschlossen).
• Persorption : feste Teilchen (selbst ganze Zellen) gelangen interzellulär d.h.
zwischen den Epithelzellen hindurch, in den Organismus.
Die Resorption der allermeisten Arzneistoffe erfolgt jedoch passiv durch Diffusion.
Die Aufnahmeorte beim Menschen lassen sich einteilen:
tiefe Einatmung
100 m 2
Ausatmung
40 m 2
Haut 1.8 m 2
Lungen Magen-Darm-Trakt
Dünndarm
100-200 m 2
Mundhöhle 0.02 m 2
Dickdarm 0.5 - 1 m 2
Magen 0.1 - 0.2 m 2
Rektum 0.04 - 0.07 m 2
Abbildung 11: Mittlere Oberflächen eines erwachsenen Menschen, Eintrittsflächen für die
Resorption28 , 29
Der Dünndarm ist das wichtigste Resorptionsorgan für Nahrungsmittel und oral
verabreichte Medikamente.
Da die Zellmembranen aus lipophilen Bestandteilen aufgebaut sind, können diese von
lipophilen Substanzen besonders gut passiert werden.
28 Fuhrmann G.F., Allgemeine Toxikologie für Chemiker, B.G. Teubner, Stuttgart, 1994, 26
29 Scheier zitiert in: Forth W., Henschler D., Rummel W., Starke.(Hrsg.), Allgemeine und spezielle
Pharmakologie und Toxikologie, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim,
1992, 31
Chemie Bützer

25
Die Schleimhäute haben den Charakter einer Lipidmembran mit Poren, weshalb sie
auch für hydrophile Substanzen beschränkt durchlässig sind (Nase, Mund-Rachen,
Bindehaut, Harnleiter, Blase). Kokainsüchtige benutzen daher die Nasenschleimhaut oft
als Resorptionsfläche.
Faustregel:
Ein lipophiles Molekül passiert Membranen passiv gut, ein hydrophiles schlecht.
Resorptionsgeschwindigkeit und -quote ist abhängig von:
• Teilchengrösse / spezifischer Oberfläche
• Dosierung
• Kontaktzeit mit der Resorptionsfläche
• Grösse der resorbierenden Fläche
• pH-Wert im Bereich der resorbierenden Areale
• Integrität der Membranen
• Durchblutung des resorbierenden Organs.
Die Diffusionsgeschwindigkeit bestimmt die Aufnahme von einem Kompartiment ins
nächste.
Beispiel 30 : 1 Gramm Dimethylformamid (DMF, H-CO-N(CH3)2) wird
über die Haut innerhalb weniger Minuten aufgenommen. Um
dieselbe Menge bei einem MAK-Wert von 10 ppm aufzunehmen
muss man eine ganze Woche diesen Dämpfen ausgesetzt sein. Der
Abbau von DMF im Körper ist jedoch so rasch, dass bei Aufnahme
über die Lunge 1 g im Körper nie übersteigt.
4.1 Diffusion
H C
O
N(CH 3 ) 2
Die Geschwindigkeit mit der Moleküle eine Membran passieren, mit dem passiven
Transport der Diffusion,kann durch das Ficksche Gesetz beschrieben werden 31 :
D A Kv ( c 2 c1)
v
( m / s)
d
− • • •
=
v: Diffusionsgeschwindigkeit (m/s)
D: Diffusionskonstante (abängig von der Molekülgrösse)
� Gase: D ≈ 10 -4 – 10 -5 m 2 sec -1 ,
� Flüssigkeiten: D ≈ 10 -9 m 2 sec -1 (Wasser),
� Festkörper: D ≈ 10 -14 m 2 sec -1
A: Oberfläche der Membran (m 2 );
Kv: Verteilungskoeffizient (cinnen/caussen, dimensionslos, c1/c2);
(cinnen-caussen = c1-c2 =∆c): wirksame Konzentrationsdifferenz (mol/m 3 )
d : Dicke der Membran (m);
Beispiel:
Wie lange dauert die Aufnahme?
30 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 8
31 Stephan U., Elstner P., Müller R.K. (Hrsg.), Fachlexikon ABC Toxikologie, Verlag Harri Deutsch,
Thun/Frankfurt, 1985, 108
Chemie Bützer

26
Von Acetylsalicylsäure (Molmasse M= 180 g/mol = 0.18 kg/mol) werden 100 mg (m =
10 -4 kg) eingenommen. Sie werden vom Magen aufgenommen, dieser enthält ca. 2,5 l
Inhalt (V=2,5 x 10 -3 m 3 ).
Pro 24 Stunden werden von der ca. 800 cm 2 (A
= 0.08 m 2 ) grossen Magenoberfläche 1500 -
3000 ml Sekret gebildet. Aus Literatur: Kv ≈
100. Dicke der zu diffundierenden Magenwand
ca d = 0,2 mm (d ≈ 0.0002 m).
Diffusionskonstante in der lipophilen Membran
D ≈ 10 -10 m 2 sec -1 (die Membran ist wie ein
Flüssigkristall).
c1 = 0 (am Anfang ist kein Medikament im Blut),
(c2-c1) = c2;
c2 = n/V = m/(M x V) = 10 -4 /(0.18 x 2,5 x 10 -3 ) =
0,22 mol/m 3 ;
10
v =
−10
• 0.
08 • 100 • 0.
22
=
0.
0002
8.
8
• 10
−6
( m / s)
t = d(Dicke der Membran)/v(Geschwindigkeit) = 22.7 s !!!
Abbildung 12: REM- Aufnahme der
Magenoberfläche
Der passive Transport in den Körper- und Zellflüssigkeiten ist weiter durch die Diffusion
bestimmt:
Zeit t für den Transport durch Diffusion 32 :
2
l
t = ( s)
D
t: Diffusionszeit /s)
l : Diffusions-Distanz (m);
D: Diffusionskonstante (m 2 /s)
Beispiel:
Die Diffusionsstrecke in der Lunge, die Luft-Blut-Schranke, beträgt nur 0.4 bis 2.5 μm.
Die Zeit, bis beispielsweise Sauerstoff (O2) diese Membran passiert hat lässt sich grob
abschätzen:
d = 2.
5μm
d = 0.
4μm
: t
: t
2
l ( 2.
5 •10
= = −10
D 10
2
l ( 0.
4 •10
= =
−10
D 10
−6
−6
)
)
2
2
=
=
6.
26
1.
6
•10
•10
−3
−2
( s)
( s)
== 63μs
= 1.
6μs
Diese Werte zeigen, dass die Aufnahme der Gase durch Diffusion, wegen der sehr
dünnen Wände der Alveolen äusserst rasch ist (sehr rasche Wirkung von Nikotin bei
Inhalation von Zigarettenrauch!!).
Einige Reizgase wie Chlorwasserstoff, Phosgen (Cl-C=O-Cl), Ozon oder nitrose Gase
(NO, NO2, N2O4) lassen die Epithelzellen der Lungenbläschen durch Flüssigkeitsaustritt
anschwellen. Damit wird der Sauerstoff- und Kohlendioxidaustausch verlangsamt –
Hemmung eines notwenigen Vorgangs.
32 Herleitung mit den Fickschen Gesetzen
Chemie Bützer

4.1.1 Inhalation
27
Kennzeichnend für die Stoffaufnahme über den
Atmungstrakt ist einerseits der kurze Weg zwischen
Aussenbereich (Atemluft) und dem resorbierenden Organ
Lunge und andererseits die Tatsache, dass praktisch keine
ernstliche Barriere auf diesem Weg eingebaut ist.
Beschränkte Schutzfunktionen übt lediglich die den
Innenbereich des Gewebes auskleidende Schleimhaut aus.
Sie dient zugleich der Befeuchtung der Atemluft und der
Abscheidefläche für Festkörper. Die die Innenseite der
Luftröhre bedeckenden Flimmerhärchen (Cilien) dienen zur
Abwehr von gröberen Festkörpern durch Erzeugung eines
Hustenreizes. Der effektive Stoffübertritt von der „Aussenwelt“ in das Körperinnere
findet in den endständigen Organellen der Lunge, den Lungenbläschen (Alveolen)
durch Diffusion über die trennende Gewebsmembran in die Blutkapillaren des Lungen-
Blutkreislaufs statt.
Abbildung 13:
Aufnahmeort in den
Lungen
Gase, Dämpfe und Feinstäube mit geringer Partikelgrösse sind daher in der Lage mit
dem Luftstrom der Einatmungsluft bis in die Alveolen zu gelangen und dort gemäss
dem Konzentrationsgefälle in die Blutbahn überzutreten. Im allgemeinen werden
Partikel mit einem sphärischen Durchmesser von

(enterohepatischer Kreislauf). Dieses Phänomen ist bei der Verabreichung von
Medikamenten (als erwünschter Effekt einer Dosis-Verlängerung), aber auch bei
Vergiftungen für Massnahmen zur Entgiftung (z.B. Darmspülung, Verabreichung von
Aktivkohle etc.) zu beachten.
4.1.3 Dermale Resorption
Die Haut stellt für den Körper eine Schutzbarriere dar und dient zugleich der
Flüssigkeits- und Temperaturregulation des Organismus. Durch die im Vergleich zu
anderen biologischen Membranen enorme Schichtdicke erfolgt die
diffusionskontrollierte Penetration der gesamten Hautdecke bis zum Erreichen
blutführender Gefässe nur langsam und bedarf eines hohen Gradienten. Lipophile
Stoffe, insbesondere Lösungsmittel, können durch Entfettung der Zellschichten die
Durchlässigkeit drastisch verbessern.
4.1.4 Parenterale Resorption
33 Davenport H.W., Säure-Basen-Regulation, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1973
Chemie Bützer
28
Die direkte Zuführung von Stoffen in die Blutbahn hat vor allem im medizinischtherapeutischen
Bereich und bei Drogen ihren Stellenwert, da auf diese Weise
Resorptions-Hemmnisse umgangen werden. Im allgemeinen erfolgt die Zufuhr durch
intravenöse Injektion (i.v.). Subcutan (s.c.) oder intramuskulär (i.m.) werden Wirkstoff-
„Depots“ angelegt, da hier der Wirkstoff erst durch Diffusion den Zugang zu einem
Blutgefäss erhält.
4.2 Dissoziation
Aufnahme von sauren oder basischen Wirkstoffen mit dem Übergang von einem
Kompartiment (Magen, Darm, Lunge, Haut) ins andere (Blut) 33 ist auch durch die pH-
Werte der beteiligten Kompartimente bestimmt.
Für die grosse Zahl der Säuren und Basen (Nahrungsmittel, Vitamine, Arzneimittel,
Gifte, etc.) stellt die nichtionische Diffusion der wichtigste Mechanismus für den
Transport durch die Zell-Membranen dar (Magenwand, Darmwand, Lunge, Haut, Blut-
Hirn- Schranke, Niere, etc.). Diese Membranen sind vom Aufbau her sehr fetthaltig,
lipophil, und lassen deshalb passiv auch nur lipophile Stoffe, also ungeladene, wenig
polare Stoffe gut passieren (Ausnahmen: Transport durch Poren oder aktiver
Transport).
Generell gilt: In Ionen dissoziierte Stoffe werden schlechter resorbiert als undissoziierte
Moleküle (Beispiel: Dissoziation einer Säure: HA � H + + A - ).
Der Dissoziationsgrad einer Säure oder Base hängt vom pH- Wert des umgebenden
Mediums und dem pKs- respektive pKb-Wert der Säure oder Base ab. Der
Dissoziationsgrad wiederum bestimmt die Lipophilie und damit den Verteilungskoeffizienten
Kv oder die Löslichkeit. Zur Bestimmung der Resorptionsfähigkeit dient
der Verteilungskoeffizient Octanol/Wasser (O/W-Wert, Pow) bzw. gegenüber einem
Puffer mit pH 7.4 (physiologischer pH-Wert), wobei bei dissoziierbaren Molekülen das

Verhältnis von ionisierter zu nicht ionisierter Form massgeblich ist (Henderson-
Hasselbalchsche Gleichung).
29
Die Membranen bewirken eine Trennung in 2 Komparimente, z.B. intra- und extrazellulär
usw. Die Verteilung eines Stoffes zwischen diesen beiden Kompartimenten lässt
sich einfach berechnen.
extrazellulär
c
aussen
Verteilungs-
Gleichgewicht
Membran
intrazellulär
c
innen
Eine Substanz verteilt sich zwischen
die beiden Räume extrazellulär und
intrazellulär entsprechend ihrer
Löslichkeit in den beiden
Phasenräumen.
Verteilung : K =
Reaktionsgeschwindigkeit
c
c
innen
aussen
Chemisches Gleichgewicht
Abnahme aussen
0 5 10 15 20
Gleichgewicht
Zunahme innen
Zeit
Dynamik und Lage der
Gleichgewichtseinstellung
Abbildung 15: Gleichgewichtseinstellung zwischen zwei Phasenräumen, z.B. extrazellulär und
intrazellulär
Die Verteilung stellt sich erst nach einer gewissen Zeit stabil ein, dann wenn die
Diffusion nach innen der Diffusion nach aussen entspricht. Es handelt sich somit um ein
dynamisches Gleichgewicht.
Für die Verteilung wasserlöslicher Substanzen, oder von Substanzen, welche an
wasserlösliche Teilchen gebunden werden, sind die Volumina der Kompartimente eine
massgebende Grösse.
Tabelle 8: Wassergehalt einiger Organe des Menschen (Gesamtgehalt 100%)
Chemie Bützer

Muskelgewebe 50.8
Skelett 12.5
Haut 6.6
Blut 4.7 (bei Erwachsenen ca. 6.5-7.1% des Köpergewichts,
bei Neugeborenen ca. 10% des Körpergewichts)
Magen, Darm 3.2
Leber 2.8
Gehirn 2.7 (begrenzt Moleküle auf MG

31
[HA]: Konzentration an undissoziierter Säure, Transportform (durchdringt die
lipophilen Zell-Membranen oder werden durch „Einstülpung“ in die Zelle
transferiert: Pinocytose grosser Moleküle).
Modellannahme: Massenbilanz: c = [A - ] + [HA]
[A-] = c - [HA]
Ks = (c - [HA]) [H3O + ]/ [HA];
+
c • [ H3
O ]
[ HA]
=
; Undissoziierte Säure, lipophil
+
Ks + [ H O ]
3
Diese Funktion ist analog der log- Dosis Wirkungs- Kurve, nur enthält sie zusätzlichen
Faktor c. Da der pH-Wert dem negativen dekadischen Logarithmus entspricht, ist der
Kurvenverlauf um die Vertikale gespiegelt (in der logarithmischen Form ist dieser Graph
eine Sigmoide, wie das logistische Wachstum).
[HA]
0.01
0.005
0
0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
[H3O + ]
Ks1 = 0.0001 Ks2 = 0.01
Abbildung 16: Konzentration der undissoziierten Säure [HA] in Funktion der [H3O+] Konzentration
(c = 0.01 mol/l)
undiss. Säure [HA]
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
pKs=5
pKs=7
pKs=9
Abbildung 17: Undissoziierte Säure [HA] in Funktion des pH-Wertes der Lösung (Annahme: c= 1)
Chemie Bützer

Bei jeder Säure ist dann, wenn pKs = pH 50% der Säure dissoziiert. Undissoziierte
Säure (z.B. CH3COOH) ist lipophiler, da sie nicht geladen ist (CH3COO - ).
Chemie Bützer
32
Tabelle 9: Mittlere pH- Werte von Körperflüssigkeiten des Menschen
Körperflüssigkeit
pH- Werte
Magen 2 - 3
Darm 7.3
Blut Frauen 7.40±0,015, Männer 7.39±0,015
Harn 5.9 - 6.2
Schweiss 5.5 - 7.5
Tabelle 10: pKs – Werte von sauren oder basischen Wirkstoffen, prozentualer Anteil
undissoziierter Säure bei pH = 2.5 und pH = 7.3 (berechnet mit der Gleichung von Henderson-
Hasselbalch)
Substanz
pKs Molmasse pH=2.5 pH=7.3
% [HA] % [HA]
Oxalsäure 1.25 90 94.7 0.0
Benzylpenicillin 2.8 334.39 33.4 0.0
Oxacillin 2.8 401.43 33.4 0.0
Weinsäure 2.98 150.1 24.9 0.0
PAS (p-Aminosalicylsäure) 3.2 195.16 16.6 0.0
Diazepam 3.3 284.75 13.7 0.0
Acetylsalicylsäure 3.5 180.16 9.1 0.0
Milchsäure 3.86 90.1 4.2 0.0
Vitamin C 4.2 176 2.0 0.1
Benzoesäure 4.2 122.1 2.0 0.1
Phenylbutazon 4.5 308.37 1.0 0.2
Propionsäure 4.87 74.1 0.4 0.4
4- Aminophenol 5.65 109.1 0.1 2.2
Dicumarol 5.7 336.3 0.1 2.5
Codein 6 299.37 0.0 4.8
Phenobarbital 7.6 232.23 0.0 66.6
Methadon 8.6 309.45 0.0 95.2
Theophyllin 8.75 180.17 0.0 96.6
Procain 8.9 236.3 0.0 97.5
1,3-Dihydroxybenzol 9.2 110.11 0.0 98.8
Resorcin 9.2 110.1 0.0 98.8
Allopurinol 9.4 136.11 0.0 99.2
Propanolol 9.45 259.34 0.0 99.3
Imipramin 9.5 280.41 0.0 99.4
Atropin 9.8 289.37 0.0 99.7
Amphetamin 9.9 135.21 0.0 99.7
Dimethylamin 10.73 45.1 0.0 100.0

% undissoz. Medikament
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
33
0 5 10 15
pKs
pH=2.5
pH=7.3
Abbildung 18: Prozentualer Anteil von undissoziiertem Medikament im Magen (pH=2.5) und Darm
(pH=7.3).
Resorption:
Saure Substanzen werden schon im Magen, basische Substanzen werden erst im
Darm gut aufgenommen.
Mit der Diskussion der Lipophilie, also der Anteile an ungeladenen Teilchen, ist nur die
Frage beantwortet, wie viel eines Stoffes aufgenommen werden oder eine Membran
passieren. Im 2. Kompartiment stellen sich diese Gleichgewichte erneut ein.
Hat eine Base die Darmwand passiert, dann kommt sie ins Blut mit einem meist
verschiedenen pH- Wert, sicher aber mit einem anderen Volumen. Diese Volumenänderung
ist mit dem Verteilungsgleichgewicht zu berücksichtigen.
Tabelle 11: Wirksamkeit einiger Sulfonamide (Ionisierung mit der Gleichung von Henderson-
Hasselbalch berechnet)
Sulfonamid min. Hemmkonz.
(μmol/l )
pKs
-log(Ks)
% ionisiert bei pH=7
−
[ A ] ( pH−pKs)
= 10
[ HA]
Sulfanilamid 2500 10.5 0.03
Sulfapyridin 20 8.5 3.4
Sulfathiazol 4 6.8 61.6
Sulfadiazin 4 6.4 80.0
Chemie Bützer

Chemie Bützer
34
Folgerung:
Bei Substanzen einer Wirkstoffgruppe wird die Wirksamkeit ganz entscheidend durch
die Resorption bestimmt. Eine undissoziierte Substanz kann die Membranen wesentlich
besser durchdringen (Transport durch die Zellwand � Transportform).
Der Transport in der Blutbahn erfolgt entweder in gelöster Form (kleine polare Moleküle
im Blut) oder bedient sich der Vehikel-Funktion der Globuline und Albumine. Mit dem
Übertritt in die Blutbahn werden die Körperorgane in gleicher Weise angeschwemmt. An
den Zellen der Organe treten in analoger Weise Diffusions- oder aktive Transportvorgänge
auf und führen zu einem Eindringen der Wirkstoffe in die Zellen. Die stark
durchbluteten Organe (Lunge, Herz, Gehirn, Leber, Niere) sind daher einem stärkeren
Diffusionsdruck ausgesetzt, als das schwächer durchblutete Muskelgewebe.
5 Elimination
Unter Elimination versteht man die Summe aus Abbau (Metabolismus,
Biotransformation) Exkretion (Ausscheidung) und aktiver Entgiftung (Detoxikation). Sehr
oft kann nur die Summe dieser Prozesse erfasst werden, welche dann z.B. mit einer
biologischen Halbwertszeit angegeben wird.
5.1 Biotransformation
Die meisten, der von einem Organismus aufgenommenen Substanzen werden
metabolisiert.
Die wichtigsten Reaktionen sind:
� Oxidation (Energiegewinnung),
� Reduktion,
� Hydrolyse,
� Synthese (z.B. Methylierung, Acetylierung, Amidbildung etc.),
� Konjugation (Bindung an andere Moleküle).
Der Körper kann grundsätzlich nicht zwischen „giftigen“ und „ungiftigen“ Stoffen
unterscheiden. Die resorbierbaren Stoffe unterliegen, ungeachtet ihrer physiologischen
Wirkungen, den Umwandlungs-, Speicher- und Ausscheidungsmechanismen, wie sie
für die lebensnotwendigen Stoffe (Nahrungsmittel, Vitamine etc.) gegeben sind. Für die
organischen Komponenten ist dies in erster Linie der enzymatische Stoffwechsel
(Metabolismus) der Zellen, in besonderer Ausprägung das Leberparenchym
(Cytochrom P 450-Enzyme � CYP). Der Stoffwechsel hat vor allem den Zweck,
Energie und körpereigene Wirkstoffe zu gewinnen. Dabei wird meist Sauerstoff
eingebaut, was zu einer Steigerung der Polarität und damit einer Erhöhung der
Wasserlöslichkeit führt. Diese chemischen Veränderungen führen meist zu einer
Entgiftung, sie können aber auch zu toxischeren Substanzen, also einer Giftung führen.

5.2 Exkretion
Die Clearance (englisch für Reinigungsklärung) ist ein Mass für die Eliminationsgeschwindigkeit
einer Substanz aus dem Blut 35 . Die renale Clearance (Nieren-
Clearance) beschreibt das Verhältnis zwischen der im Urin je Zeiteinheit
ausgeschiedenen Substanzmenge mu=cu•Vu bezogen auf die, Konzentration der
Substanz im Plasma cp:
35
c u • Vu
Cp
=
c p
Cp: Clearance (ml)
cu: Konzentration der Substanz im Urin (mmol/ml)
Vu: Volumen der Urinmenge (ml/h)
cp: Konzentration der Substanz im Plasma (mmol/ml)
mu: Menge im Urin (mmol)
Die Ausscheidung kann auch über andere Wege erfolgen (Leber, Galle, Haut, Lunge).
Die Elimination einer Substanz (z.B. Ausscheidung durch die Niere) bewirkt einen Abfall
der Blutspiegelkurve. In den allermeisten Fällen handelt es sich um eine Kinetik „erster
Ordnung“ – die Geschwindigkeit ist von der Konzentration im Blut bestimmt:
dc
− = k e • c;
dt
c t
( −ke
•t
)
= c 0 • e ;
ln( c ) = ln( c ) − k • t;
t
0
e
ke: Eliminationsgeschwindigkeits-Konstante (s -1 );
ct: Konzentration im Blutplasma (mol/m 3 );
t: laufende Zeit (s);
c0: Konzentration im Blutplasma zum Zeitpunkt t = 0, (mol/m 3 );
Simulationsdiagramm Zeitdiagramm der Blutkonzentration
Abbildung 19: Konzentrationsabhängige Elimination (ke = 0.05)
35 Das in einer Zeiteinheit formal vom Wirkstoff befreite Plasmavolumen wird als Clearance bezeichnet:
Vapp
t / = ln( 2)
• ; t½ : Halbwertszeit der Ausscheidung, Vapp: scheinbares Verteilungsvolumen,
1 2
CLtot
CLtot: Gesamtclearance (alle Ausscheidungen zusammen): CLtot
k =
Vapp
Chemie Bützer

5.3 Geschwindigkeit von Gleichgewichtseinstellungen (Kinetik)
Aufnahme einer Substanz in das Blut aus dem Verdauungstrakt mit der Magen-
und/oder Darmwand als trennende Membran.
Magen-Darm-
Trakt
36
kr ke
Blutraum
Abbildung 20: Modell mit einem Kompartiment und einer Trennwand.
Annahmen:
c0: Anfangskonzentration im Kompartiment
c(t): Konzentration zur Zeit t im Kompartiment
ka : Geschwindigkeit der Aufnahme in das Kompariment (Resorption)
ke : Geschwindigkeit der Elimination aus dem Kompartiment (Clearance)
c0 � Dosis/Verteilvolumen 36 ,
c(
t)
c
k
k − k
(
a −ka•
t −ke
•t
= 0 • e − e ); Bateman-Funktion
a
Verdauungs
trakt
e
kr HWZe ke
Blut
Resorption Elimination
Abbildung 21: Simulationsdiagramm eines 1-Kompartiment-Modells
Blutkonzentration
36 Lüllmann H., Mohr K., Ziegler A., Taschenbuch der Pharmakologie, Georg Thieme Verlag
Stuttgart/New York, 1994, 47
Chemie Bützer

mg/kg
100
75
50
25
0
37
Blutkonzentration
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Time (Hour)
Blutkonzentration : current
Abbildung 22: Zeitdiagramm eines 1-Kompartiment-Modells (Ordinate: Prozent,
Anfangskonzentration 100%, Abszisse: Zeit, kr = 0.06; ke = 0.02)
Dokumentation (Gleichungen, Parameter)
(01) Blut= INTEG (+Resorption-Elimination, 0)
Units: mg/kg [0,?]
(02) Blutkonzentration= Blut/(5)
Units: mg/kg [0,?]
(03) Elimination= ke*Blut
Units: mg/(Hour*kg)
(04) FINAL TIME = 10
Units: Hour
The final time for the simulation.
(05) HWZe= 3
Units: Hour [1,3]
(06) INITIAL TIME = 0
Units: Hour
The initial time for the simulation.
(07) ke= LN(2)/HWZe
Units: 1/Hour
(08) kr= 0.28
Units: 1/Hour [0.1,1]
(09) Resorption= kr*Verdauungstrakt
Units: mg/(Hour*kg) [0,?]
(10) SAVEPER = TIME STEP
Units: Hour [0,?]
The frequency with which output is stored.
(11) TIME STEP = 0.1
Units: Hour [0,?]
The time step for the simulation.
(12) Verdauungstrakt= INTEG (-Resorption, 1000)
Units: mg/kg [0,?]
Sehr wichtig für die Dynamik der Wirkung von Substanzen sind die molekularen
Eigenschaften wie:
• Molmasse
• Fettlöslichkeit
• Resorption
• Proteinbindung
Chemie Bützer

38
• Elimination (Biotransformation, Clearance (Abbaugeschwindigkeit in Leber und
Ausscheidungsgeschwindigkeit in Niere))
Resorption
Verteilung
Biotransformation
Proteinbindung
Wirkort
Elimination
Speicherung
Ausscheidung
Abbildung 23: Die biologische Wirkung von Systemen mit einem Metabolismus im Überblick
Die Übertragbarkeit der Daten von Kleinsäugern auf den Menschen kann recht
heikel sein. So kann beispielsweise bei einer Maus bei derselben relativen Dosis
(mg/kg) manchmal keine Wirkung festgestellt werden, obwohl die Substanz beim
Menschen wirkt. Der enorm hohe Blutumsatz (insgesamt die metabolic rate) lässt einen
Wirkstoff bei der Maus teilweise so rasch ausscheiden, dass die notwendige
Blutkonzentration nicht erreicht wird 37 . Anpassungen dieser Art können jedoch mit
geeigneten Modellen gemacht werden.
Dieses Modell soll die wesentlichsten Aspekte der molekularen, chemischen Wirkungen
deutlich machen.
Drug
Drug
Drug
Drug
Drug
Rezeptoren
Wirkung
Normale Wirkung
grosse Affinität
Nebenwirkung
kleine Affinität
Abbildung 24: Wirkung und Nebenwirkungen als Folge der Bindung an den gewünschten (oben)
und nicht gewünschten Rezeptor (unten)
Je höher die Konzentration, desto mehr Wirkstoff bleibt übrig, der auch mit Orten
kleinerer Affinität reagieren kann – das führt zu vermehrten Nebenwirkungen.
Agonist: Bindet am Rezeptor und löst eine Wirkung aus
Antagonist: Bindet am Rezeptor, aber löst keine Wirkung aus. Er kann aber die
Wirkung blockieren (Inhibitor).
37 Schmitt W., Willmann S., Computer-Reise durch den Körper, research (Das Bayer-
Forschungsmagazin), Nr.15, Dezember 2003, 62
Chemie Bützer

Die Wirkung ist nicht nur eine qualitative, sondern auch eine quantitative
Eigenschaft.
5.4 Occupationsmodell
39
„Sobald wir mehr wissen, haben wir mehr Fragen zu stellen. Unser Wissen ist
wie eine Insel im unendlichen Ozean des Unbekannten, und je grösser diese
Insel wird, desto länger werden die Ufergrenzen zum Unbekannten.“
(Viktor Weisskopf, Natur im Schaffen)
Die Rezeptoren werden durch die Wirkstoffe in einer Gleichgewichtsreaktion belegt.
Das ist notwendig, denn wenn die Bindung zu stark wäre, könnte an einem Rezeptor
nur einmal eine Reaktion ausgelöst werden.
Der Effekt ist der Anzahl der belegten Rezeptoren proportional.
Ein einfaches Modell geht von folgenden Annahmen aus:
1. Ein Wirkstoff muss sich an den Wirkungsort (Rezeptor) binden.
2. Diese Bindung ist eine Gleichgewichtsreaktion (dynamisches Gleichgewicht wie
das Niveau bei einem Brunnen)
3. Die Wirkung ist dann proportional der Anzahl Wirkstoffmoleküle, die an den
Rezeptor gebunden sind.
4. Es wird der relative Effekt berechnet, d.h. man interessiert sich, welcher Bruchteil
des maximalen Effekts erreicht wird.
Dieses Modell ist nicht nur für Gifte brauchbar, sondern wird auch für Pharmaka oder
die Enzymwirkung (Michaelis-Menten- Gleichung) verwendet.
Rezeptor +
Drug
-k1 ⇔ k2- Drug-
Rezeptor
Komplex
� k3 � Effekt
[R] + [D]
Gleichgewicht
-k1 ⇔ k2- [DR] � k3 � E
Konzentration Konzentration
Konzentration Propor- Beobachtbarer
der Rezeptoren des
Drug-Rezeptor- tionalitäts- Effekt
mol/l Drug/Wirkstoffes
mol/l
Komplex Konstante (Wirkung)
Abbildung 25: Aufbau des Occupationsmodells (Besetzung von Rezeptoren durch Wirkstoffe)
Chemie Bützer

5.4.1 Annahmen für das Modell:
Dissoziationskonstante: Kd = k2/k1 ; Reziprokwert der chemischen
Gleichgewichtskonstanten K = k1/k2;
40
1. Gleichgewicht : Kd = ([R] [D])/[RD];
2. Proportionalität: Effekt : E = [RD] k3 ; der Effekt ist proportional der mit
Wirkstoffen belegten Rezeptoren;
3. Maximaler Effekt : Em = [Rt] k3 ; alle Rezeptoren sind belegt, d.h. der Effekt ist
maximal;
4. Massenbilanz : [Rt] = [RD] + [R] ; [Rt] Konzentration aller Rezeptoren, die R
enthalten.
Gesucht ist ein Modell, welches nur die messbaren Grössen [D], Kd und E/Em enthält.
E/Em ist dabei der relative Effekt, als ein Mass, welcher Bruchteil des maximal
möglichen Effekts erreicht wird.
Mathematische Herleitung (Besetzungstheorie, Occupationsmodell nach Alfred Joseph
Clark {1885 – 1951}):
[R] = [Rt] - [RD] ; aus 4)
[R] = Em/k3 - E/k3 ; 2) und 3) eingesetzt in 1)
Kd = {(Em/k3 - E/k3) [D]}/(E/k3) ; gekürzt
Kd = (Em [D] - E [D])/E; umgeformt
Kd = Em/E [D] - [D].
Mathematische Formulierung der Dosis- Effekt- Kurve:
Relativer Effekt : E D
[ D]
+ Kd
= ; Maximaler Effekt: Em = E • ;
Em D + Kd
D
[D] : Dosis (mg/kg)
Kd : Dissozitationskonstante (mg/kg) entspricht der Dosis für den halbmaximalen Effekt,
sie ist ein Mass für die Wirksamkeit (engl. potency 38 of a drug).
Diese Funktion zeigt eine perfekte Analogie zur Dissoziation von Säuren und zur
Michaelis-Menten-Funktion, was nicht überrascht, äussern sich doch die Effekte sehr
oft als Beeinflussung der zellulären Enzymsysteme.
Effekt/Reiz
5
4
3
2
1
0
0 20 40 60 80 100
Dosis
Zunahme des Effekts bei zunehmender
Dosis
Effekt/Reiz
5
4
3
2
1
0
[ ]
1 10 100
Dosis
Logarithmische Darstellung des Effekts siehe
auch: Gesetz von Stevens
38 Forth W., Henschler D., Rummel W., Starke.(Hrsg.), Allgemeine und spezielle Pharmakologie und
Toxikologie, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim, 1992, 17
Chemie Bützer

41
Abbildung 26: Vergleich einer linearen mit einer logarithmischen Darstellung von Dosis und Effekt
(Wirkung)
Das Weber-Fechnersche Gesetz 39 sagt aus, dass die Empindungen unserer Sinne in
der Intensität logarithmisch sind: Sehsinn, Gehör, Tastsinn, Geruch, Geschmack,
Temperaturempfindung etc.
Dieses Gesetz wurde 1970 als Gesetz von Stevens erweitert und hat nun die
allgemeine Form: I = a•S p
I: Intensität der Empfindung
a: Konstante
S: Stimulus
p: Konstante als Potenz (p: 0.33 – 1.7)
In der logarithmierten Form: log(I) = p•log(S) + log(a) zeigt sich, dass eine doppelt
logarithmische Darstellung eine Gerade ergeben wird.
Unter Berücksichtigung des Schwellenwerts So wird diese Gleichung zu:
log(I) = p•log(S-So) + log(a)
5.4.2 Grenzen des Modells
Die Bindung der meisten Wirkstoffe an ihre
Rezeptoren löst nicht unmittelbar den
gemessenen Effekt aus sondern bewirkt die
Synthese oder Freisetzung eines oder mehrerer
Mediatoren (z.B. „second messenger“ cAMP oder
Ca 2+ ). Dieser wiederum bindet reversibel an ein
Effektorsystem. Somit sind hier eigentlich zwei
Gleichgewichte hintereinander geschaltet:
D + R � DR � M + E � ME � W
D: Drug
R: Rezepotor
M: Mediatormolekül (z.B. cAMP)
E: Effektorsystem
W: Wirkung
5
O
HO
'
O
N
H
H
3'
P
O OH
O
N
NH 2
Abbildung 27: cycl. Adenosin-
3',5'-monophosphat, cycl.
Adenosinmonophosphat, cyclo-
AMP, cAMP.
39 Weber-Fechnersches Gesetz: E.H. Weber, Deutscher Physiologe (1795-1878), G. Fechner,
Deutscher Psychologe (1801-1887)
Chemie Bützer
N
N

42
Die Realität zeigt, dass das Modell, trotz den bekannten Mediatoreigenschaften, die
experimentellen Fakten recht gut beschreibt. Falls die Daten bekannt sind, können mit
dem Modell mindestens Extrapolationen auf noch unbekannte Dosisbereiche recht gut
vorgenommen werden.
Unter der Annahme, dass empfindliche Individuen pro Kilogramm Körpergewicht
weniger Rezeptoren haben, weniger Empfindliche mehr, kann dieses Modell auf eine
Population übertragen werden.
Gerade für die Untersuchung der Mediator-Moleküle und der Effektor-Systeme hat sich
dieses Modell immer wieder bewährt (Pharmakologie, Toxikologie, Molekularbiologie 40 ).
Bestimmung von Kd: E D
= ;
Em D + Kd
Falls [D] = Kd, dann ist E/Em = ½ = 0,5 also 50% Effekt.
Kd entspricht hier bei Wirkstoffen der ED(50), also der Dosis, bei welcher bei der Hälfte
der beobachteten Individuen ein Effekt festgestellt werden kann. Für letale Effekte
entspricht dies der LD(50). Diese LD(50) ist für verschiedene Lebewesen
unterschiedlich (siehe Beurteilung von Befunden). Andererseits zeigen sich bei gleichen
Lebewesen individuelle Unterschiede.
Wirkung (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100
besetzte Rezeptoren (%)
HO
HO
Wirkung %
berechnet
OH
C CH 2 NH 2
Abbildung 28: Kontraktion der Kaninchenaorta durch den Neurotransmitter Noradrenalin 41 ;
Berechnung mit Kd = 5 (Dosis-Effekt-Kurve).
Die Dosis wird meist in Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht angegeben. Damit
werden individuelle Unterschiede in der Körpergrösse einigermassen ausgeglichen.
40 Rudinger J., The Meaning of „Structure“ and „Activity“ for Peptide Hormones, Endocrinology 1971,
Proc. 3rrd Int. Sym., London, 19-22 July 1971. Ed Selwyn Taylor, William Heinemann Medical
Books, London 1972, 12
41 Beese und Furchgott, zitiert in: Forth W., Henschler D., Rummel W., Starke.(Hrsg.), Allgemeine und
spezielle Pharmakologie und Toxikologie, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG,
Mannheim, 1992, 15
Chemie Bützer
H

Für Kinder ist diese Anpassung aber ungenügend, da das Oberflächen zu
Körpervolumen-Verhältnis zu stark von Erwachsenen abweicht.
Die Youngsche Regel kann in Bezug auf das Alter als die zuverlässigste einfache
Regel gelten 42 :
43
Dosierungsanpassung an das Alter von Kindern:
Alter
= Bruchteil _ der _ Erwachsenen
− Dosis
Alter +12
Borsäure letale Dosen 43 :
Erwachsene (oral): 15 – 20 g, Kleinkinder: 5 – 6 g; Säuglinge: 1 – 3 g.
Berechnet nach obiger Formel, ausgehend von der Erwachsenendosis:
Kinder (12 j.): 7,5 – 10 g, Kleinkinder (4 j.): 3,5 – 5 g, Säuglinge (2 j.): 2 – 3 g.
Die Formel stimmt für diesen Fall recht gut.
Beispiel: TCDD (Dioxin):
Das stärkste synthetische Gift, das Dioxin (2,3,7,8-TCDD,
Cl
2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-1,4-dioxin) zeigt z.B. bei
Goldhamstern eine 10'000 mal grössere LD(50), als die
Meerschweinchen (0.6 μg/kg). Das ist erstaunlich, wenn man
Cl O
TCDD
bedenkt, dass es sich um sehr ähnliche Organismen handelt. Die Probleme und
Grenzen der Übertragbarkeit von tierexperimentellen Daten auf den Menschen sind
damit angedeutet.
O Cl
Meist wird die Dosis-Effekt-Kurve als log(Dosis)-Effekt-Kurve dargestellt. Damit kann
man grössere Dosisbereiche erfassen.
Kontraktion (%)
42 Meyers F.H., Jawetz E., Goldfien A., Lehrbuch der Pharmakologie, Springer-Verlag,
Berlin/Heidelberg/New York, 1975, 26
43 Stephan U., Elstner P., Müller R.K. (Hrsg.), Fachlexikon ABC Toxikologie, Verlag Harri Deutsch,
Thun/Frankfurt, 1985, 76
Chemie Bützer
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1.00E-07 1.00E-06 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02
Noradrenalin (mol/l)
Abbildung 29: Experimentelle log(Dosis)-Wirkungs-Kurve (% Kontraktion mit Noradrenalin am
isolierten Milzpräparat der Katze) 44
Cl

44 Forth W., Henschler D., Rummel W., Starke.(Hrsg.), Allgemeine und spezielle Pharmakologie und
Toxikologie, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim, 1992, 5
45 Ng, P. C. et al., Individual Genomes Instead of Race for Personalized Medicine, In: Clinical
Pharmacology and Therapeutics, 84, 2008, pp. 306-309
Chemie Bützer
44
Übertragbarkeit der anhand von Tierversuchen bestimmten toxikologischen Daten auf
den Menschen; z.B. weisen LD50-Werte erhebliche Schwankungen durchaus schon bei
verwandten Säugetieren auf!
Tabelle 12: Übertragbarkeit der LD-Werte
Tierspezies LD50 für TCDD
[mg/kg Körpergewicht]
Meerschweinchen 0,6-2,0
Ratte 20-45
Küken 25-50
Affe 70
Kaninchen 115
Maus 110-280
Hund 200-300
Goldhamster 1000-3000
5.4.3 Übertragung auf Populationen
Das Occupationsmodell kann auf eine Population von Individuen (Pflanzen,Tiere oder
Menschen) übertragen werden, die unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber dem
Wirkstoff zeigt.
Die Population ist dabei charakterisiert durch:
• die mittlere Wirksamkeit des Wirkstoffs und
• die Streuung in der Wirksamkeit des Wirkstoffs.
Bei anscheinend ähnlichen Menschen sind manche ihrer Gene dermassen verschieden,
dass sie auf dasselbe Medikament unterschiedlich reagieren 45 . Die Hautfarbe eines
Menschen bestimmt nicht, wie er auf ein Medikament reagieren wird, oder auf welche
Medikamente er reagiert. Die Zukunft ist daher eine personalisierte Medizin ein, die den
individuellen Gen-Code berücksichtigt.
Unter der Annahme, dass die Empfindlichkeitsverteilung einer Normalverteilung
entspricht, zeigt sich die folgende Verteilung und deren Summenkurve:

y
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
45
Normalverteilung
0 10 20 30
x
Abbildung 30: Normalverteilung mit Mittelwert 15 und Standardabweichung 5
Summenkurve
Normalverteilung
Der Mittelwert bestimmt bei dieser Kurve die Lage, die Standardabweichung bei der
Normalverteilung die Breite und bei der Summenkurve die Steilheit.
y ist für die Dosis-Wirkung der relative Effekt, x ist dabei der Logarithmus der Dosis.
Die x-Achse ist der Logarithmus der Dosis. Wird diese linear dargestellt, dann erhält
man die bisehr bekannte Form des Grafen.
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 2E+08 4E+08 6E+08 8E+08 1E+09
Abbildung 31: Lineare Darstellung von Dosis und relativem Effekt
Diese Funktion weist die typische Form einer Sigmoiden auf (wie die Wachstumskurve
von Bakterien, logistisches Wachstum oder eine Titrationskurve).
Chemie Bützer

elativer Effekt
0.8
0.6
0.4
0.2
46
log (Dosis) - Effekt - Funktion
0.000001 0.001 1 1000
1
0
Mikrogramm/kg
heilend
Nebenwirkungen
letal
Abbildung 32: Dosis-Effekt-Kurven für verschiedene Wirksamkeiten (Kd=0.001, Kd= 0.01, Kd= 0.1)
In unserem Beispiel ist der Abstand der ED(50) (heilend) von der LD(50 (letal) ein
Faktor 100.
Diese Kurve entspricht der Summenhäufigkeit der Gaussschen Verteilungskurve.
Folgerung:
Je grösser der Abstand zwischen der Kurve mit den positiven Effekten bei 50%
(ED(50), zur Kurve mit der Letalität, LD(50), desto sicherer ist ein Medikament
einzustufen.
LD(50)/ED(50): therapeutischer Index.
Aus Erfahrung hat sich bei Pharmaka für die therapeutische Breite der Quotient
LD(25)/ED(75) herauskristallisiert 46 . Was könnte dafür die Begründung gewesen
sein? 47
Die LD(50), und damit Kd, ist die Grundlage für viele Beurteilungen der Toxizität von
Substanzen, so auch der Gefahrenklassierung.
Für die Funktion E
Em
=
D
gilt: Kd = ED(50) resp. LD(50) !!
D + Kd
5.4.4 Bedeutung für die Wirkungsbeurteilung
Für die Beurteilung einer Wirkung, insbesondere für die Giftbeurteilung hat die Dosis-
Effekt-Funktion eine grosse Bedeutung erlangt. Sie kann zwei Aussagen machen:
• wie nimmt der Effekt in Funktion der Dosis bei einem Individuum zu und
• wie zeigen sich die Effekte mit zunehmender Dosis bei einer Population.
46 Kuschinsky G., Lüllmann H., Kurzes Lehrbuch der Pharmakologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
1967, 269
47 Falls die Steilheit der beiden Kurven nicht gleich ist, wird mit dem therapeutischen Index keine gute
Aussage gemacht.
Chemie Bützer

47
Tabelle 13: Allgemeine Kennzeichnung als Gefahrengut/Gift 48
sehr giftig
giftig
ätzend
gesundheitsschädlich
reizend
Gefahrensymbole
Giftigkeit bei
Einnahme
LD(50) mg/kg
Giftigkeit bei
Absorption durch
Haut
LD(50) mg/kg
Giftigkeit beim
Einatmen
LC(50) mg/l
auch Stäube und
Nebel
≤5 ≤40 ≤0.5
>5-50 >40-200 >0.5-2
fest: >50-500
flüssig: >50-2000
fest: >50-500
flüssig: >50-2000
500 - 2000
(Erzeugnisse)
> 2000
(Erzeugnisse)
5000-15000
(Stoffe)
>200-1000 >2-10
>200-1000 >2-10
Stoffe (Grundstoffe) sind unveränderte Naturstoffe, chemisch einheitliche Stoffe, einfache technische
Stoffgemische ohne bestimmte Verwendung, also für verschiedene Zwecke einsetzbar.
Erzeugnisse sind veränderte Naturstoffe oder Stoffgemische für einen bestimmten Verwendungszweck.
Tabelle 14: Priorität der Gefahrensymbole 49
Gefahrensymbol
T, T+ Xi, Xn, C
C Xi, Xn
E F+, F, O
Xn Xi
schliesst diese gefährliche Eigenschaft mit ein
ätzend: Hautzerstörung innerhalb von 4 Stunden Einwirkungszeit (R 34)
stark ätzend: Hautzerstörung innerhalb von 3 Minuten Einwirkungszeit (R 35)
reizend: Innerhalb maximal 4 Stunden Einwirkungsdauer wird eine
Entzündung hervorgerufen, die mindestens 24 Stunden anhält.
Für die Beurteilung der Gefährdung ist die Geschwindigkeit der Wirkung, die
Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktion, wesentlich.
48 Gefahrstoffgesetzgebung in Zukunft: REACH (Registration, Evaluation & Authorisation of Chemicals),
nachher GHS (Globally Harmonized System)
49 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 137
Chemie Bützer

48
Ätzende Stoffe zerstören die Haut in ihrer gesamten Dicke (Hautnekrose). Trotz der
deutlich unterscheidbaren ätzenden Wirkung, wird zwischen stark ätzenden Stoffen und
ätzenden Stoffen das gleiche Gefahrensymbol verwendet.
Grundsätzlich gefährden ätzende Substanzen nicht nur die Haut, sondern auch das
Auge und die Lunge.
Tabelle 15: Ätzende Wirkung in Abhängigkeit der Basen-/Säurestärke 50
Substanz
stark ätzend
ätzend
reizend
Schwefelsäure >15% 5-15%
Salzsäure >25% 10-25%
Essigsäure >90 % 25-90 % 10-25%
Propionsäure >25% 10-25%
Natronlauge >5% 2-5% 0.5-2%
Die meisten organischen Säuren, z.B. Ameisensäure, sind nur als hochkonzentrierte
Säuren stark ätzend, in Konzentrationen unter 90% sind sie üblicherweise als ätzend
einzustufen.
Wichtig: Die ätzende Wirkung von basischen Stoffen ist stärker, als die von Säuren!
Allgemeine Regel:
Bei einem pH-Wert unterhalb 2 und oberhalb 11.5 ist mit einer ätzenden Reaktion zu
rechnen.
Weitere Gefahrensymbole:
Explosionsgefährlich
Brandfördernd
Leichtentzündlich
Hochentzündlich
Biogefahr
Umweltschädigend
Radioaktiv
50 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 47
Chemie Bützer

Chemie Bützer
49
In eine toxikologische Betrachtung sind auch die Aspekte der Allergie einzuschliessen.
Tabelle 16:Toxizitäten einiger Substanzen
Verbindung LD(50) mg/kg
Anorganische Toxine
Blei 100
Tetraethylblei 35
Quecksilber (II)-chlorid 23
Arsentrioxid, Arsenik 10
Kaliumcyanid 3
Kochsalz 3000
Destilliertes Wasser 25000 - 30000
Organische Toxine
Chlorthion (Insektizid) 1500
Aspirin, Acetylsalicylsäure 1500
Phenobarbital (Schlafmittel) 660
DDT (Insektizid) 150
Parathion (Insektizid) 3
TCDD (Dioxin) 0.001
Pflanzentoxine
Menthol (Minze) 3200
Vanillin (Vanilleschoten) 3180
Ethanol (Trinkalkohol) 2500
Allylsenföl (Senf, Mostrich) 680
Digitonin (Roter Fingerhut, herzwirksam) 150
Solanin (Kartoffeln ca. 0.08% Gew.) 120
Ergotoxin (Mutterkornalkaloid) 100
Coniin (Coniumalkaloid) 60
Nicotin (Tabak- und anderer Pflanzen) 15
Strychnin 5
Curarin 5
Cholchizin (Herbstzeitlosegift) 3
C- Toxiferin-I (Curarealkaloid) 2.5
α- Amantin (Knollenblätterpilz) 0.2
Ricin (aus Ricinusöl) 0.0002
Bakterientoxine
Diphterietoxin 0.000'03
Tetanustoxin 0.000'000'1
Botulinustoxin 0.000'000'03
Tierische Toxine
Melittin (Bienengift) 4
Samandarin (Salamandergift) 1.5
Buffotoxin (Krötengift) 0.4
Tetrodotoxin (jap. Kugufisch, Delikatesse) 0.008
Batrachotoxin (Pfeilgiftfrosch) 0.002
Kobratoxin (Brillenschlange) 0.000'3
Crotulostoxin (Klapperschlange) 0.000'2

Man kann einen Zusammenhang der Dosis-Effekt-Funktion mit dem logistischen
Wachstum leicht aufzeigen.
50
Die Occupationstheorie geht davon aus, dass die Rezeptoren mit steigender Dosis
zunehmend belegt werden (Occupation). Das ist beim Bakterienwachstum mit
Beschränkungen (Raum, Nahrung) oder bei der Marktsättigung mit Produkten auch der
Fall. Diese Situationen werden mit der Funktion des logistischen Wachstums
beschrieben:
E
Em
E
Em
[ D]
Kd + [ D]
x
10
= ; dieses ist die Funktion des logistischen Wachstums.
log( Kd)
x
10 + 10
= ; Falls die x-Achse logarithmisch aufgetragen wird: [D]=10 x ,
5.4.5 Experimentelle Auswertung von Effekten
E
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Kd=0.001; E(max) = 1
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003
Abbildung 33: Dosis-Effekt-Funktion, Normalverlauf
E = E
max
1 1
=
E E
max
1 1
=
E E
Chemie Bützer
max
[ D]
•
Kd + [ D]
Kd + [ D]
•
[ D]
⎛ Kd ⎞
• ⎜ + 1⎟
⎝ [ D]
⎠
Für die grafische Darstellung:
1 Kd 1 1
= • +
E E [ D]
Emax
max
y = a • x + b
[D]
y-Achse: 1/E; x-Achse: 1/[D]; a= Kd/Emax; b=1/Emax

Beispiel: Berechnung mit einer Trendlinie (lineare Regressionsgerade)
1/E
6
5
4
3
2
1
0
1/Emax
51
y = 1E-04x + 1
-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000
1/Kd
1/[D]
Abbildung 34: Linewaver-Burk-Plot für Dosis-Effekt-Funktion zur Bestimmung von Kd und Emax.
y=0; -1/Kd = -10'000; Kd = 0,000’1; Wirksamkeit, Kd-Wert = ED(50)
x=0; 1/E = 1; Emax = 1; Maximale Aktivität, intrinsic activity
Potentielle Toxizität (Wirksamkeit)
Meist werden Gifte mit der Dosis in mg/kg (Körpergewicht) charakterisiert. Das ist für
den Alltag sinnvoll, da es so möglich ist die Mengen abzuschätzen. Für die molekularen
Mechanismen ist diese Angabe nicht sehr nützlich, weshalb 1977 von Luckey und
Venugopal der Begriff der potentiellen Toxizität (pT50) mit der Einheit mol/kg geschaffen
worden ist 51 :
pT = - log(T) und LD(50) = T50;
pT50 = - log(LD(50))
Tabelle 17: Toxikologische Beurteilung mit pT-Werten
Beurteilung
pT50
mol/kg Körpergewicht
super-toxisch 6 0.000 001
extrem-toxisch 5 0.000 01
hoch-toxisch 4 0.000 1
mässig-toxisch 3 0.001
gering-toxisch 2 0.01
praktisch untoxisch 1 0.1
relativ harmlos 0 1
harmlos -1 10
Die moderne Toxikologie befasst sich intensiver als früher mit dem Aspekt
Vergiftungsbilder zu erfassen und nicht nur Letalitäten zu zählen. Somit werden weit
geringere Dosen bei Tierversuchen in ihren Wirkungen untersucht, als für schwere
Krankheitsbilder notwendig sind.
51 Luckey T.D., Venugopal B, Metal Toxicity in Mammals I, Plenum Press, New York/London, 1977
Chemie Bützer

52
Tabelle 18: Übersicht über einige toxische Substanzen 52
Substanzen
mg/kg mol/kg pT50
Botulinus D 3.2•10 -7
3.2•10 -16 15.49
Tetanustoxin 1.67•10 -6
2.53•10 -14 13.6
Saxitoxin 1.4•10 -3
9.14•10 -9 8.04
Strychnin 0.98 2.93•10 -6 5.53
Hg(II)-chlorid, HgCl2 5 1.84•10 -5 4.74
Cyanwasserstoff, HCN 3 1.11•10 -4 3.95
Morphin 285 9.99•10 -4 3.00
Coffein 250 1.29•10 -3 2.89
Natriumfluorid, NaF 125 2.98•10 -3 2.53
Natriumchlorid, NaCl 2600 4.45•10 -2 1.35
Bei der Angabe in mol pro kg Körpergewicht wird deutlich, wie wirksam die Moleküle
respektive die Ionen sind. Die sehr grossen Botulinus D und Tetanustoxine als Moleküle
zeigen ihre enorme Toxizität oder ihre Wirksamkeit mit dieser Einheit besonders
deutlich.
5.4.6 Praktische Anwendung und Auswertung
5.4.6.1 Beispiel: Morphin
Mäuse reagieren auf Morphium leicht sichtbar mit einer anormalen Haltung. Damit lässt
sich die Wirkung dieser Droge in Abhängigkeit der verabreichten Dosis gut verfolgen.
Normale Haltung einer Maus Haltungsanomalie einer Maus
mit Morphium
Abbildung 35: Wirkung von Morphin auf Mäuse (ganz auffälliges Benehmen, sichtbarer Effekt),
Morphinmolekül
52 Fuhrmann G.F., Allgemeine Toxikologie für Chemiker, B.G. Teubner, Stuttgart, 1994, 20
Chemie Bützer

53
HO
O
HO
(-)-M.
H N
Molekül von der Rückseite zu � Konfigurationsformel von Morphin
Abbildung 36: Das Molekül Morphin. Links: Stick and Ball-Modell mit der Elektronenhülle, rechts:
Konfigurationsformel mit den chiralen Zentren
Tabelle 19: Experimentelle Daten des Morphin-Versuchs mit Mäusen 53
Dosis
Mäuse mit Haltungsanomalie
[D] mg/kg E (Effekt) Anzahl Mäuse von 10
1 0
2 1
10 5
20 6
100 9
140 10
200 10
E
10
8
6
4
2
0
CH 3
0 50 100 150 200
Abbildung 37: Haltungsanomalie von Mäusen in Funktion der Morphin Dosis, lineare Darstellung
53 Lüllmann H., Mohr K., Ziegler A., Taschenbuch der Pharmakologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
1994, 53
Chemie Bützer
[D]

E
10
8
6
4
2
0
54
1 10 100 1000
Abbildung 38: Halblogarithmische Darstellung; Haltungsanomalie von Mäusen
(Summenhäufigkeit) in Funktion der Morphin Dosis
Die beiden Darstellungen geben die Empfindlichkeitsverteilung der Mäuse gegenüber
Morphin wieder. Ganz links, bei den kleinsten Dosen sind die empfindlichsten Tiere,
ganz rechts, bei den höchsten Dosen die unempfindlichsten Tiere.
Folgerung:
Die Dosis-Effekt-Funktion zeigt in ihrer logarithmierten Form die Summenhäufigkeit
der Empfindlichkeitsverteilung der Individuen gegenüber der betrachteten Substanz.
1/E
[D]
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
y = 1,8289x + 0,0747
-0,2 -0,2
-0,4
0 0,2 0,4 0,6
1/[D]
Abbildung 39: Darstellung nach MMK (Michaelis-Menten-Kinetik); Haltungsanomalie von Mäusen
in Funktion der Morphin Dosis
y=0; x = -(-0,0747/1,8289) = -0,0408 = -1/Kd; Kd = 24.5 mg/kg � ED(50)=24.5 mg/kg
x=0; y = 0,0747 = 1/Em; Em = 13.4; Maximale Aktivität (diese Angabe macht deutlich,
dass das Experiment noch eine grosse Unsicherheit hat, da als Emax ja höchstens 10
auftreten dürfte).
Chemie Bützer
„Gift in den Händen eines Weisen ist ein Heilmittel,
ein Heilmittel in den Händen eines Toren ist ein Gift.“

55
(Casanova 54 , Memoiren, Buhl Berlin 1850/51)
5.4.6.2 Übertragbarkeit der Daten
Die Empfindlichkeiten für molekulare Wirkungen sind genetisch festgelegt. So können
z.B. unterschiedeliche Tierarten auf Grund ihrer unterschiedlichen Enzymmuster
unterschiedlich reagieren. Andererseits können aber auch die Rezeptoren selbst
molekulare Unterschiede aufweisen.
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Ratte
Ratte
Kaninchen
Kaninchen
Maus
Mensch
Mensch
Hund
Hund
0 2 4 6
Schlafdauer (Min.)
HWZ (min.)
Abbildung 40: Schlafdauer und biologische Halbwertszeit (Abbau) von Hexobarbital (100 mg/kg,
Hund: 50 mg/kg) 55
Das Beispiel zeigt wohl grosse Unterschiede auf, und lässt bei einer Übertragung von
Stoffwirksamkeiten zur Vorsicht mahnen. Andererseits zeigt dieses Beispiel auch,
worauf die Unterschiede wahrscheinlich zurückzuführen sind – andere Enzymmuster.
Analogie zur Säure-Basen-Titration
54 Casanova, Giacomo Girolamo, Chevalier de Seingalt (1725-1798), italienischer Abenteurer und
Schriftsteller, geboren in Venedig.
55 Quinn zitiert in: Forth W., Henschler D., Rummel W., Starke.(Hrsg.), Allgemeine und spezielle
Pharmakologie und Toxikologie, Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim,
1992, 7
Chemie Bützer

pH-Wert
14
12
10
8
6
4
2
0
56
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Neutralisationsgrad (%)
Essigsäure
Salzsäure
Abbildung 41: Neutralisation einer starken Säure (HCl) und einer schwachen Säure (Essigsäure)
je c = 1 mol/l mit Natronlauge.
5.4.6.3 Beispiel: Metamphetamin
„Drogen negieren die Menschenrechte, sie negieren wesentliches Menschsein,
da sie den Menschen abhängig und unfrei machen.“
(Jeanne Hersch, 1997, II. Internationales Symposium gegen Drogen in der
Schweiz in Zofingen)
Droge: Hydrochlorid: Speed, Ice, Yaba, Thai-Pillen, Shaba, Crystal, Perlik bzw. Pernik
(czech.- Lebkuchen), Crystal-Speed, Pervitin®.
Weisses kristallines Pulver, wird in der Regel gesnieft. Die Substanz ist etwa 3-6 Tage
nach Gebrauch im Urin nachweisbar.
Die Wirkdauer beträgt 4-20 Stunden, bei höheren Dosierungen kann die Wirkung auch
über 24 Stunden andauern - Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin werden freigesetzt.
HN
Metamphetamin
(als Racemat!)
HO
OH
Dopamin
(achiral)
H 2N
HO
OH
H
HN
OH
HO
OH
H
H 2N
OH
Adrenalin (chiral!) Noradrenalin (- 1C)
(chiral!)
Abbildung 42: Die Konstitutionsformeln von Metamphetamin und den von dieser Droge
beeinflussten Neurotransmittern.
Die Folge der Metamphetaminaufnahme ist erhöhte Aufmerksamkeit, gesteigertes
Selbstbewusstsein, vermindertes Schmerzempfinden, kein Hunger- und Durstgefühl,
Chemie Bützer

erhöhter Blutdruck, beschleunigter Puls und Atmung, verstärkte zwanghafte planlose
motorische Aktivität, gesteigerter Rededrang.
57
Nebenwirkungen sind: Auftreten können: Zittern, Unruhe, Schlafstörungen, erweiterte
Pupillen, eingeschränktes Kurzzeitgedächtnis, optische + akustische Halluzinationen,
Aggressionen, Herzrhythmusstörungen. Bei Überdosis: Fieber, Schwitzen, trockener
Mund, Schwindelgefühl, Zittern, Kollaps. An den darauf folgenden Tagen sind
Depressionen, Trägheit, Paranoia, Extremhunger und 24- bis 48-stündiger tiefer Schlaf.
Die möglichen Nebenwirkungen können bis zu 2 Wochen andauern.
Nach längerem Konsum von Crystal können aggressives Verhalten, starker Gewichtsverlust,
Hautentzündungen, Magenschmerzen, Magendurchbruch, Herzrhythmusstörungen,
paranoide Wahnvorstellungen bis zur Amphetaminpsychose und
Organblutungen auftreten.
Zur Toleranzentwicklung, man braucht grössere Mengen, und die Gefahr starker
psychischer Abhängigkeit (Sucht) sind gegeben (Missempfindungen beseitigen,
Euphorie erzeugen, periodische oder ständige Einnahme). Das Absinken des
Konzentrationsniveaus (Entzug) erzeugt Abstinenzerscheinungen, die bis zu
schwersten Kreislaufstörungen reichen können.
HN
Konstitutionsformel
R- und S-Form in den Drogen 50/50%
Abbildung 43: Formel und Modelle von Metamphetamin
Stick and Ball –Modell mit
Elektronendichteverteilung auf der van
der Waals’schen Oberfläche
Experimentelle Daten mit männlichen Mäusen 56 . Bestimmung der Letalität bei zwei
verschiedenen Umgebungstemperaturen.
56 Kuschinsky G., Lüllmann H., Kurzes Lehrbuch der Pharmakologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
1967, 267
Chemie Bützer

% Letalität
100
80
60
40
20
0
58
0 50 100 150 200 250
Dosis (mg/kg)
Abbildung 44: Letalität von Metamphetamin bei männlichen Mäusen bei unterschiedlichen
Umgebungstemperaturen
Das Beispiel macht deutlich, dass die Umweltbedingungen einen beachtlichen Einfluss
auf die Wirksamkeit (Lage der Kurve) und die Empfindlichkeit (Steilheit der Kurve)
haben. Dieser lässt sich in unserem Beispiel quantitativ abschätzen.
30°C
25°C
Umgebungstemperatur : 25°C Umgebungstemperatur : 30°C
Wirksamkeit : Wirksamkeit :
LD(50) ≈ 150 mg/kg = Kd LD(50) ≈ 45 mg/kg = Kd
Empfindlichkeit (bei 50%): Empfindlichkeit (bei 50%):
Steigung etwa 20/15 = 1.3 Steigung etwa 20/28 = 0.7
Die log Dosis-Effekt-Kurve macht die Unterschiede besonders deutlich:
% Letalität
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1.00 1.50 2.00 2.50
log [D] (mg/kg)
Abbildung 45: Letale Wirkung von Methamphetamin auf männliche Mäuse
30°C
25°C
Folgerung:
Die Umgebungstemperatur kann auf die Wirksamkeit und die Empfindlichkeit von
Wirkstoffen einen wesentlichen Einfluss haben.
Chemie Bützer

5.4.6.4 Designerdrogen
Das chemische Grundgerüst des Dopamins war Ausgangspunkt für viele
Designerdrogen, so auch für das Metamphetamin. Das Ausgangsmolekül ist sehr
einfach und die chemischen Reaktionen recht gut bekannt.
R 5
R 6
R 4
59
R 3
H2 C H H
C N
Substanz Substituenten
R 2
R 1
R1 R2 R3 R4 R5 R6
Dopamin H- H- H-
HO
- HO- H-
Amphetamin H- CH3- H- H- H- H-
Metamphetamin CH3- CH3- H- H- H- H-
PMA (para-Methoxyamphetamin) H- CH3- H- H- CH3O
H-
-
Amphetaminil (AN1)
C6H5-
CH(CN)-
CH3- H- H- H- H-
DOM (STP) H- CH3- CH3O
H- CH3-
-
CH3O
-
MDA H- CH3- H- -O-CH2-O- H-
MDMA (Ecstasy) CH3- CH3- H- -O-CH2-O- H-
MDE C2H5- CH3- H- -O-CH2-O- H-
MBDB CH3- C2H5- H- -O-CH2-O- H-
Abbildung 46: Von Dopamin abgeleitete Designerdrogen (R2 ≠ H � chiral)
Die Unterschiede in der Wirkung können deshalb beachtlich sein, weil sich die
sterischen Verhältnisse und vor allem die Lipophilie teilseise stark ändern.
Berücksichtigt man zusätzlich noch die nahe Analogie zu den beiden Neurotransmittern
Adrenalin und Noradrenalin, dann wird deutlich, dass sich hier ein grosses
Wirkungsspektrum verbergen muss. Wird zusätzlich noch in Rechnung gezogen, dass
das Serotonin auch nicht sehr verschieden ist, dann wird deutlich, warum die
chemischen „Spielereien“ hier so „ergiebig“ waren.
HN
Abbildung 47: Die Droge Metaphetamin und der Neurotransmitter Serotonin im Vergleich der
Konstitutionsformeln
Chemie Bützer
HO
NH 2
N
H

5.4.6.5 Ökologisches Beispiel
Die Dosis-Effekt-Funktion lässt sich nicht nur beim Menschen, sondern
auch für Untersuchungen von wassergefährdenden Stoffen einsetzen, sie
spielt somit auch in der Ökologie eine bedeutende Rolle.
60
Die Wirksamkeit von wassergefährdenden Stoffen wird mit einfachen Tests vorgenommen.
Im vorliegenden Fall wurde die Wirkung von Quecksilber(II)chlorid (HgCl2 �
Hg 2+ (aq) + 2 Cl - (aq)) auf die Eier des Zebrabärblings untersucht 57 . 20 Eier wurden
eingesetzt. Nach 5 Tagen wurden die Anzahl der toten Eier ausgezählt. Die
Konzentration der gelösten Substanz in Mikrogramm pro Liter zeigt die hohe
Ökotoxizität dieser Substanz an.
tote Eier
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50
Konz. (Mikrog./l)
Abbildung 48: Wirkung von Quecksilber(II)chlorid (HgCl2) auf 20 Eier des Zebrabärblings
(Brachydanio) nach 5 Tagen.
Ein Hinweis zu den verwendeten Einheiten:
Die Konzentrationsangabe in Mikroliter pro Liter Wasser (μl/l) ist nicht sinnvoll, da das
wirksame Teilchen hier das aquotisierte Hg 2+ -Ion ist. Die Molmasse von HgCl2 beträgt
271.5 g/mol. Die Molmasse von Hg(NO3)2 beträgt 342.6 g/mol. Somit sind 10 μg/l HgCl2
gleich wirksam wie 7.9 μg/l Hg(NO3)2. Wären die Konzentrationen chemisch korrekt in
Teilchen pro Liter angegeben, dann wären diese verwirrenden Unterschiede nicht
vorhanden.
Folgerung:
Konzentrationen sind in Teilchen pro Volumen, in Mol pro Liter und nicht in Masse pro
Volumen anzugeben.
57 Besch W.K., Scharf B.W., Mayer E., Toxizitätstests mit Goldorfe und Zebrabärbling. Vorschläge zur
Durchführung und Bemerkungen zur Aussagekraft von Toxizitätstesten mit Goldorfe (Leuciscus
idus) und dem Zebrabärbling (brachydanio rerio), in: Roth, Wassergefährdende Stoffe, 5. Erg.Lfg
5/87, II-*.1, S. 27-28
Chemie Bützer

1/E
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
61
y = 1.4531x + 0.0547
R 2 = 0.9276
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
1/[D]
Abbildung 49: Linewaver-Burk-Plot der Quecksilbertoxizität
y=0, Kd = 27 μg/l � LC(50) ; halbletale Konzentration (LC : letal concentration)
x=0, y = 0,0547 = 1/Em; Emax = 19 � Diese Abschätzung stimmt mit der Anzahl
eingesetzter Eier (20) sehr gut überein.
Stoffe die persitent, bioakkumulierbar oder toxisch sind, werden mit PBT abgekürzt.
Werden Kombinationen mehrere Wirkstoffe untersucht, so lässt sich der resultierende
Effekt auf die Komponenten aufschlüsseln. Drei grundsätzlich unterschiedliche
Interaktionen können unterschieden werden:
Beispiel: Komponente A: Effekt 6; Komponente B: Effekt 11
Tabelle 20: Kombinationen von Effekten
Additiver Effekt
Antagonismus Synergismus
6 & 11 = 17 6 & 11 = 5 6 & 11 = 66
Tabelle 21: Beispiel eines Synergismus: Lungenkrebsfälle
Risikogruppe
Lungenkrebsfälle/1000 Personen
normal 0.2 - 0.3
Asbest 0.3
Rauchen 3 - 5
Asbest + Rauchen 20 - 30
Weitere Synergismen:
Nicotin und Ammoniak (die Wirkung von Nikotin steigt um Faktoren, Aufnahme)
Kokain und Backpulver (die basische Wirkung steigert auch hier den Effekt)
Chemie Bützer

62
5.4.7 Das Occupationsmodell mit Antagonisten
Kompetitive Antagonisten 58
Diese Substanzen besitzen wie die Agonisten eine oft hohe Affinität zum Rezeptor,
ohne jedoch eine Wirkung auszulösen – es sind Inhibitoren (direkte Konkurrenten zum
Wirkstoff).
Normale Wirkung: D + R � DR;
Mit Inhibitor: I + R � RI;
K
[ R
E = k
E
i
[ R]
• [ I]
= ;
[ IR]
tot
max
] =
3
= k
[ R]
+
• [ DR];
3
• ([ R
[ DR]
tot
+
[ IR];
] − [ IR]);
Eingesetzt und umgeformt:
E = E
E/Emax
max
[ D]
•
⎛ [ I]
⎞
Kd
• ⎜1+
⎟ +
⎝ Ki
⎠
[ D]
;
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-5 -3 -1 1 3
log[D]
[I]=0
[I]=0.01
[I]=0.1
Abbildung 50: Kompetitiver Antagonismus (Kd = 0.001, Ki = 0.001); [I] = 0: kein Antagonist
vorhanden
Je höher die Konzentration des Antagonismus, desto geringer wird die Wirksamkeit.
58 Fuhrmann G.F., Allgemeine Toxikologie für Chemiker, B.G. Teubner, Stuttgart, 1994, 129
Chemie Bützer

Nichtkompetitive Antagonisten
63
Diese Substanzen binden nicht an der Stelle des Antagonisten, sondern führen eine
Inhibition mit einem anderen Mechanismus herbei (z.B. Veränderung der Konformation
des Rezeptors).
E = E
Chemie Bützer
max
E/Emax
•
K
d
⎛ [ I]
• ⎜
⎜1+
⎝ Ki
[ D]
;
⎞ ⎛ [ I]
⎞
⎟ + [ D]
• ⎜
⎜1+
K ⎟
⎠ ⎝ i ⎠
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
-5 -3 -1 1
log[D]
0
[I]=0
[I]=0.001
[I]=0.01
Abbildung 51: Nichtkompetitiver Antagonismus (Kd=0.001, Ki = 0.001); [I] = 0: kein Antagonist
vorhanden.
Mit zunehmender Konzentration des nichtkompetitiven Antagonisten nimmt die
maximale Wirkung ab und die Kurve flacht ab.
Beispiel: Schmerzlindernde Wirkung von Acetylsalicylsäure
HO
O
COX
OH
O
OH
Arachidonsäure
O-
O
O
Prostaglandin H 2
Cyclo-
Oxygenase
CH -CO- 3 O-
OH
Acetyl-
Abbildung 52: Arachidonsäure wird am Enzym Cyclooxygenase zum schmerzauslösenden
Prostaglandin synthetisiert. ASS acetyliert das Enzym COX und unterdrückt so die Bildung von
Prostaglandin H2.
O

5.5 Hormesis
64
Von fast allen Nahrungsmitteln 59 , Mineralstoffen, Spurenelementen 60 und
Medikamenten ist bekannt, dass geringe Dosen eine positive, grosse Dosen eine
schädliche Wirkung auf den Organismus haben können. Dieses Verhalten beschreibt
man mit der Hormesis. Dieser dosisabhängige „Umkehreffekt“ ist nicht nur bei
synthetischen Medikamenten, sondern auch bei Medizinalpflanzen 61 (Phytopharmaka)
gut bekannt 62 z.B. Baldrian (Valerianin, a-Methylpyrrylketon), Broccoli (Sulforaphane),
Herbstzeitlose (Colchicin), Fingerhut (Digitalis), Kamille (Chamazulen), Johanniskraut
(Flavonoide), Knoblauch (Allicin, Allium), Mistel (Viscotoxine), Rotwein (Resveratrol),
Weidenrinde (Salicylsäure).
Sogar bei krebserzeugenden Stoffen ist Hormesis nachgewiesen worden 63, 64 .
Die Dosis-Wirkungs-Kurve, welche einen „Umkehreffekt“ zeigt, also nicht monoton ist,
nennt man Hormesis. Damit ist es möglich die Wirkung von Colchicin aus der
Herbstzeitlose gegen Gicht und die Wirkung bei höheren Konzentrationen als Gift in
einer Darstellung zu zeigen.
Schaden-Nutzen
.
1
0.5
0
-0.5
-1
Hormesis
0 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50
log (Dosis)
Abbildung 53: Dosis-Wirkungs-Kurve von Colchicin. Positive y-Werte stellen die
pharmakologische Wirkung gegen Gicht (Nutzen), negative y-Werte die toxikologische Wirkung
als Mitose-Hemmstoff (Schaden) dar.
Bei relativ kleinen Konzentrationen ist ein Nutzen von Colchicin als Medikament
vorhanden, bei grossen Konzentrationen tritt ein immer grösserer Schaden als Gift auf.
59 Hayes D.P., Nutritional hormesis, Eur J Clin Nutr, 61, August 2, 2006, pp.147-159
60 Calabrese E.J., Mattson M., Best in small doses, New Scientist, 9 August, 2008, pp.36-39
61 Hiller K.M., Lexikon der Arzneipflanzen und Drogen, Spektrum, Akademischer Verlag, Melzig –
Heidelberg, CD-ROM, ISBN 3-8274-0414-2, 2000
62 Calabrese E.J., Baldwin L.A., Hormesis as a Biological Hypothesis, Environ Health Perspect,106
(Suppl 1),1998, pp.357-362
63 Kinoshita A., Wanibuchi H., Wei M., Fukusuma Sh., Hormesis in Carcinogenity of Non-Carcinogens, J
Toxicol Pathol, 19, 2006, pp.11-122
64 Calabrese E.J., Staudenmayer J.W., Stanek E.J., Hoffmann G.R., Hormesis Outperforms Threshold
Model in National Cancer Institute Antitumor Drug Screening Database, Toxicological Sciences,
94(2), 2006, pp.368–378
Chemie Bützer

5.6 Gefährlichste Effekte
65
Die gefährlichsten Effekte zeigen sich dadurch, dass keine oder fast keine
Regeneration möglich ist, dass also irreversible Veränderungen auftreten. Diese lassen
sich für den Menschen grob wie folgt einteilen:
Abbildung 54 : Irreversible toxische Effekte
Ort/Wirkung Hinweise
Zentralnervensystem Praktisch keine Regeneration der Nervenzellen
möglich
Augenlinse
Schädigung bei der Bildung der Linsenfasern führt
zu irreversibler Trübung
Missbildungen (teratogen) Keine Erholung möglich. Zelltod bei der
Organogenese kann Entwicklungsstörungen geben.
Mutagenese (mutagen)
Erbgutveränderungen
Carcinogenese (carcinogen)
Somatische Mutationen
Massnahme gegen:
Aufnahme über die Lunge: Abzug
Aufnahme über die Haut: Handschuhe
Chemie Bützer

5.7 Stereochemie der Effekte
Chirale Moleküle binden an den Rezeptoren immer dann unterschiedlich, wenn
mindestens 3 verschiedene Bindungsstellen vorhanden sind – was meist der Fall ist.
66
Tabelle 22: Wirkungsunterschiede einiger Isomeren
Substanz Wirkung Wirkung %
(nativ)
Isoprenalin (Racemat)
HO
HO
(R)-Adrenalin
HO
Muscarin
HO
H 3 C
HO
O
L-Ascorbinsäure
(S)-Propanolol
HO
HO
O
OH
CH
H
CH 2 NH CH(CH 3 ) 2
C CH 2 NH CH 3
OH
CH 2
O
O
+
N(CH3 ) 3
OH
OH
OH
H
H
N
Cl -
bronchodilatorisch
(Bronchien
erweiternd)
vasokonstriktorisch
(Gefäss
zusammenziehend)
muscarinartig
(Acetylcholin-
Wirkung im
parasymp. Teil)
antiscorbutisch
(Gegen Skorbut
wirkend)
blutdrucksenkend
(R) �
contraseptisch
Wirkung %
(andere
Chiralität)
50 - 80 1
12-15 1
700 1
100 0
100 0
Pharmaka mit enatiomerem Ballast:
„The remarkable discrepancy between, on the one hand, the high degree of
purity required for pharmaceuticals and, on the other hand, the acceptance of
50% impurity, as long as isomeric ballast is involved, should be a matter of
serious concern.“
E. J. Ariens, 1986
Chemie Bützer

67
Enthält ein Molekül 2 chirale Zentren, dann können die Wirkungen wie folgt aussehen:
O 2N
Cl
Cl
O
NH
OH
OH
OH, NH Wirksamkeit
R,L : 100
L,R : 1-2
L, L : < 0.4
R, R: 1 Dämpfung; es braucht mehr als 1 Drug Molekül für ein Signal (z.B. 2 D)
Mathematische Formulierung der erweiterten Dosis- Effekt- Kurve (Herleitung analog
der einfachen Form mit a=1):
a [ D]
a [ D]
+ Kd
[ ]
[ ] a
a
E
D + Kd
Relativer Effekt : = ; Maximaler Effekt: Em = E • ;
Em
D
[D] : Dosis (mg/kg) ;
Kd : Dissozitationskonstante (mg/kg) � Wirksamkeit
a: Stöchiometrischer Faktor � Empfindlichkeit
Chemie Bützer

elative Auswirkungen
68
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
[D]
a=0.5
Abbildung 57: Dosis-Effekt-Funktionen mit den stöchiometrischen Faktoren a=1,2, 0.5 (Kd = 1)
Beispiel: a = 2
In unserer Netzhaut müssen pro Rezeptor 2 Photonen auftreffen, damit ein
Nervenimpuls weitergeleitet wird � a=2.
Beispiel: a = ½
Die Situation, wo ein Wirkstoff mit 2 Rezeptoren reagiert, tritt beispielsweise bei den
alkylierenden Medikamenten auf, welche in der Tumortherapie verwendet werden (Bsp.:
Busulfan: H3C-SO2-O-(CH2)4-OSO2-CH3) 65.
[ D]
a [ D]
+
E
E rel = = ; a
Em Kd
a E rel
[ D]
= Kd • ;
1 − E rel
Differenzieren:
⎛ E ⎞ rel
dln[
D]
= a • dln
⎜
1 E ⎟
⎝ − rel ⎠
dlErel
=
dlog[
D]
1
a
•
a
2.
303 • E
rel
= 1;
E
=
rel
1
• E
a
• ( 1−
E
=
rel
[ D]
a [ D]
+
dE
rel
);
rel
a
• ( 1−
E
;
Kd
Steigung der Kurve bei 50% Wirkung (Wendepunkt): Erel = 0.5 (siehe Abbildung);
a = 1: Steigung: 0.576
a = 2: Steigung: 1.15
a = 0.5: Steigung: 0.288
log[ D]
⎛ Erel
= logKd
+ log
⎜
⎝1
− E
rel
⎞
⎟
⎟;
⎠
65 Fuhrmann G.F., Allgemeine Toxikologie für Chemiker, B.G. Teubner, Stuttgart, 1994, 126
Chemie Bützer
rel
;
)
a=2
a=1

69
Analogie zur Puffer-Gleichung von Henderson-Hasselbalch:
+
⎛ [ HA]
⎞
log[ H3
O ] = logKd
+ log⎜
⎟; −
⎝ [ A ] ⎠
Analogie zur Gleichung von Nernst:
0.
05916 ⎛ [ Ox]
⎞
E = E0
+ log⎜
⎟; z ⎝ [Red]
⎠
Interpretation der Kurven:
1. Lage der Kurve: Wirksamkeit (Affinität der Substanz zum Rezeptor) � Kd
2. Steilheit der Kurve: Empfindlichkeit (Stöchiometrie von Rezeptor und Wirkstoff) �
a
3. Maximaler Effekt: Intrinsic activity � [Rtot]
5.8 Resistenzbildung bei Antibiotika
Antibiotika zielen darauf ab, den Stoffwechsel von Mikroorganismen gezielt zu stoppen
oder mindestens zu verlangsamen. Andererseits bauen die Mikroorganismen jede nur
mögliche Strategie auf, um selbst zu überleben. Sie passen somit ihren Stoffwechsel
den neuen Umweltbedingungen mit Antibiotika an.
Alle Organismen sind vollbeschäftigt als Problemlöser.
Ihr erstes Problem ist, zu überleben.
(Karl R. Popper, Auf der Suche nach einer besseren Welt, Piper 1987, 23)
Ihr sehr rascher Generationenwechsel begünstigt diese Anpassungsvorgänge. Somit
versagen die Antibiotika, die vom Menschen verwendet werden, weil die Mikroorganismen
ihre sehr grosse Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten ausspielen. Wer
nicht arrogant auf die Kleinstlebewesen (incl. Viren) hinunterblickt muss erkennen, dass
der Kampf ums Überleben nie enden kann – die Suche nach neuen Abwehrmitteln wird
immer notwendig sein. Die Überwindung der Zellwand mit dem richtigen pKs-Wert ist
dabei nur ein kleiner, aber notwendiger Faktor.
Wirkung
Bereich der Unwirksamkeit
Bereich der
Unschädlichkeit
(Heilmittel)
Bereich der
schädlichen
Wirkung
(toxische
Dosen)
Abbildung 58: Dosis und Wirkung als Zusammenfassung
Chemie Bützer
Bereich der tödlichen
Wirkung (letale Dosen)
Dosis

70
6 Haber'sche Regel, ct-Produkt und Dosis
6.1 Modellvoraussetzungen
Als der Erste Weltkrieg 1914 ausbrach wurde Fritz Haber zum Berater der Deutschen
Heeresführung und organisierte Gasangriffe und Verteidigungen gegen Giftgase.
Von ihm stammte die Formel :
T = c • t (Tödlichkeitsprodukt = [Gift-Konzentration] • Zeit � Haber’sche Regel).
ct-Produkt (hat nur in einem mittleren Konzentrationsbereich Gültigkeit.)
Wirkung prop. c • t; W ∝ ct
Auf der Basis dieses Modells sind toxikologische Werte, vor allem für hochtoxische
Gase, z.B. chemische Kampfstoffe definiert:
ICt50 = Incapacity Concentration für 50% der Betroffenen (mg/ m 3 •min)
LCt50 = Letale Konzentration für 50% der Betroffenen (mg/ m 3 •min)
Umrechnung von Einheiten bei 20°C:
3 Molmasse
mg/
m =
• ppm
24.
06
24.
06
3
ppm =
• mg/
m
Molmasse
Tabelle 23: Bei gasförmigen oder rauchförmigen Stoffen gebräuchliche Einheiten (nicht SI) und
ein Vergleich (rechts)
ppm : parts per million 1/1 000 000 1 g pro Tonne (31 Sekunden pro Jahr)
ppb : parts per billion 1/1 000 000 000 1 mg pro Tonne (3/100 Sekunden/Jahr)
ppt : parts per trillion 1/1 000 000 000 000 1 μg pro Tonne (1 Sek. In 32'688 Jahren)
ppq : parts per quadrillion 1/1 000 000 000 000 000 1 Zucker im Walensee (2490 Mia. Liter)
1 ppt heisst: 1 Weizenkorn auf 1000 Tonnen !!!
Ein Stoff wird über längere Zeit über die Atemluft aufgenommen. Die Dosis ist die
aufgenommene Menge eines Stoffes. Je rascher geatmet wird, desto mehr Luft, und
damit auch Gase in der Luft werden aufgenommen. Folgedessen ist die Dosis von der
Atemrate k abhängig.
Chemie Bützer

71
Tabelle 24: Mittlere Atemraten für den Menschen (Atemzeitvolumen)
Tätigkeit Atemzeitvolumen
Liter/Stunde
Atemzeitvolumen
AZV
Liter/Minute
Atemzeitvolumen
m 3 /s
Liegen 300 5 0.000’083
Sitzen 400 6. 7 0.000’11
Stehen 600 10 0.000’17
leichte Arbeit 1000 17 0.000’28
mittlere Arbeit 1600 27 0.000’44
schwere Arbeit 3000 50 0.000’83
schwerste Arbeit 4000 67 0.001’1
Atemrate Liter/Stunde
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Liegen
Sitzen
Stehen
leichte Arbeit
mittlere Arbeit
Abbildung 59: Durchschnittliche Atemraten des Menschen
schwere Arbeit
schwerste Arbeit
Für gasförmige Stoffe, die mit der Atemluft aufgenommen werden gilt:
D = konst. • t • k • c
D : Dosis (kg)
t : Expositionszeit (s)
k : Atemrate (m 3 /s)
c : Konzentration (kg/m 3 )
konst.: Konstante, welche ein Mass für die Resorption ist (konst. = 1 � alles).
Diese erweiterte Haber'sche Regel bestätigt die intuitive Beurteilung, dass die Wirkung
eines Schadstoffes in der Luft umso grösser ist, je grösser die Konzentration, je länger
die Einwirkungsdauer und je schneller die Atmung (Atemrate).
Geht man bei Giften vom konservativen Fall, bei Medikamenten vom günstigsten Fall
der vollständigen Resorption aus, dann wird konst. = 1.
Soll für die Dosis nur der Teil berücksichtigt werden, der oberhalb einer bestimmten
Schwellkonzentration cs liegt, dann lautet die Formel:
Chemie Bützer

72
Erweitertes ct-Produkt
(c − c s ) + ABS(c − c s )
Wirksame Dosis D: D = t • k •
;
2
t : Expositionszeit (s)
k : Atemrate (m 3 /s)
c : Konzentration (kg/m 3 )
cs : Schwellkonzentration (kg/m 3 )
ABS: Absolutbetrag
Annahme: Unterhalb dieser Schwellkonzentration cs müssen die Effekte nicht weiter
verfolgt werden (Grenzwert, oft der Wert der natürlichen Konzentration oder der
Unbedenklichkeit).
Manchmal wird, um die Kurven den einzelnen Gasen besser anpassen zu können, zu
der Konzentration ein Exponent a als Probit-Funktion gesetzt. Dieser hat Werte von
a=0.5 –3; Funktion D = konst. • c a • t.
Umrechnung: ppm (ml/m 3 ) �� mg/m 3 (Temperatur: 20°C, Druck: 101'325 Pa)
mg/
m
ppm =
Molmasse(
g/
mol)
=
• ppm;
24.
06
24.
06
3
• mg/
m ;
Molmasse(
g/
mol)
3
Dosis
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0 5 10 15 20
Schwellkonzentration
Abbildung 60: Einfluss der Schwellkonzentration auf die wirksame Dosis
Konzentration: c = 18 (mol/m 3 )
Einwirkungszeit: t = 10 (s)
Atemrate: k = 0.00028 (m 3 /s)
Dosis: D (mol)
Der obige Ansatz wird immer dann verwendet, wenn man feststellen kann, dass unterhalb
einer bestimmten Konzentration die Expositionsdauer keinen Einfluss mehr hat.
Die Schwellkonzentration entspricht dann einem „no adverse effect level“ (NOAEL)
[früher: "no effect level" (NEL)] � Grenzwerte im Gesetz und in Verordnungen).
Chemie Bützer

Atemrate (l/h)
4000
3000
2000
1000
0
73
y = 23.81x
0 50 100 150 200
Sauerstoffverbrauch (l/h)
Abbildung 61: Zusammenhang zwischen Atemrate (Aufnahme von Luft) und Sauerstoffverbrauch
beim Menschen
Die Grafik macht deutlich, dass zwischen der Atmungsintensität (Atemrate) und dem
Stoffwechsel (Sauerstoffumsatz) in einem weiten Teil eine proportionale
Abhängigkeit besteht.
Einschränkungen des Modells
In diesem Modell fehlen noch zwei wichtige Parameter:
1. Der Resorptionskoeffizient, also der Faktor, der angibt, welcher Teil des
eingeatmeten Wirkstoffs auch aufgenommen wird und
2. Die Elimination des Wirkstoffs durch Ausscheidung und Metabolismus.
Normalerweise wird nicht die ganze Dosis aufgenommen, die mit der Luft eingeatmet
wird. Dieser Bruchteil kann mit dem Resorptionskoeffizienten ausgedrückt werden.
Gleichzeitig mit der Aufnahme findet auch eine Elimination statt. Diese ist umso
wichtiger, je rascher die Elimination im Vergleich zu Aufnahmezeit ist. Da der MAK-Wert
auf 8 Stunden Exposition pro Tag gerechnet ist, ist während 16 Stunden pro Tag eine
Elimination ohne Aufnahme möglich.
Einfluss der Lipophilie:
Mit zunehmender Lipophilie steigt im Allgemeinen auch die Toxizität, wie das einfache
Beispiel der Alkohole zeigt:
Tabelle 25: Toxizitäten einiger Alkohole
Alkohol
MAK (ppm)
Methanol 200
Ethanol 1000
n-Propanol 200
n-Butanol 50
Methanol ist deshalb toxischer als Ethanol, weil die Metaboliten (Formaldehyd und
Ameisensäure) toxischer sind als die von Ethanol.
Chemie Bützer

6.2 Grenzwerte
74
Der Schutz der Menschen an ihrem Aufenthaltsort hat bei Schadgasen eine besondere
Bedeutung, weil sich die Gase rasch ausbreiten und über die Atmung ohne weitere
Beeinflussung aufgenommen werden. Der Aufwand, sich als Einzelperson aktiv gegen
eine Aufnahme zu schützen ist gross. Das ist mit ein Grund, weshalb die Gesellschaft
über Gesetze und Vorschriften Massnahmen ergreift.
BAT, BGW: Biologischer Arbeitstoleranz, neu: Biologischer Grenzwert
LOAEL: Lowest observed adverse effect level
MOK: Maximale Organ Konzentration
MAK, AGW, TLV: Maximale Arbeitsplatz Konzentration, neu: Arbeitsplatzgrenzwert,
Threshold Limit Value entspricht unserem MAK
MEK: Maximale Emmissions Konzentration (und Emmissionsdauer)
MIK: Maximale Immissions Konzentration
ADI: Acceptabel Daily Intake, meist: ADI = NOAEL/100
NEL, NOAEL: No Effect Level (abhängig vom Fortschritt der Analytik! Daher neu: NOAEL: No
Observed Adverse Effect Level)
NOAEC: No Observed Adverse Effect Concentration
Abbildung 62: Gasförmige Schadstoffe deren direkte und abgeleitete Grenzwerte
Für den Schutz des Menschen vor giftigen, gasförmigen Stoffen wird dieser Ansatz
verwendet. Man spricht dann von einer maximalen Arbeitsplatzkonzentration, MAK-
Wert, von einer maximalen Emmissionskonzentration, MEK-Wert, oder einer maximalen
Immissionskonzentration MIK. Diese Werte müssen nach unserem Ansatz sowohl eine
Konzentration, wie auch die Aufenthaltsdauer berücksichtigen. MAK-Werte sind damit
keine sicheren Grenzen zwischen gefährlichen und ungefährlichen Bereichen.
Der MAK-Wert ist so ausgelegt, dass über längere Perioden bei der ganz stark
überwiegenden Zahl der gesunden Personen die Gesundheit nicht geschädigt wird. Er
ist auf eine Arbeitszeit von 8-9 Stunden pro Tag und bis zu 45 Stunden pro Woche
ausgelegt. Seit 1. Januar 2005 besteht in Deutschland mit dem Inkrafttreten der neuen
Gefahrstoffverordnung ein neues Grenzwert-Konzept. Dieses kennt nur noch
gesundheitsbasierte Grenzwerte, den Arbeitsplatzgrenzwert – AGW und den
Biologischen Grenzwert – BGW.
Chemie Bützer

75
Der MIK-Wert muss nun aber für Leute ausgelegt sein, die sich 24 Stunden pro Tag
und 7 Tage pro Woche an einem Ort aufhalten, an welchem die Immission (Einwirkung
der Substanz) auftritt. Der MIK-Wert muss dieser Aufenthaltsdauer Rechnung tragen.
MIK = MAK x 40/168 ≈ MAK/4. Nun halten sich aber im Bereich der Immissionen von
Verkehr, Heizungen und Industrie nicht nur gesunde Leute auf, weshalb noch ein
Sicherheitsfaktor 5 eingesetzt wird. Damit wird für sehr viele Fälle:
Faustregel: MIK ≈ MAK / 20
Bei Kohlenmonoxid stimmt diese Umrechnung beispielsweise nicht genau. Der MAK-
Wert ist 30 ppm (35 mg/m 3 ), der Halbstunden MIK-Wert ist 50 ppm, das Tagesmittel ist
10 ppm (24-h-MIK-Wert), gleich wie der Jahresmittelwert (Jahres-MIK-Wert).
Um die Dosis abzuschätzen ist es wichtig, dass die Elimination von CO im Stoffwechsel
mitberücksichtigt wird. Dazu ist beispielsweise folgende Simulation geeignet, wobei bei
der hyothetischen Dosis die Elimination nicht berücksichtigt ist:
Abbildung 63: Simulationsdiagramm für die Dosis von CO (DYNASYS)
Gleichung 1 : Gleichungen der Simulation
Zustandsgleichungen
Dosis.neu

Zwischenwerte
Dosis (mg) berechnet mit MAK-Wert (35
mg/m 3 ),
Aufnahmedauer: 8 Std. (480 Min.)
76
Dosis (mg) berechnet mit MIK-Wert (12
mg/m 3 ),
Aufnahmedauer 24 Std. (1440 Min.)
Abbildung 64: Vergleich der wirksamen Dosen von CO mit MAK- und MIK-Wert(Eliminations-HWZ:
96 Min., Atemrate 0.00017 m 3 /Min., Resorptionsfaktor=1; Schwellkonzentration=0)
Kurzzeitige Überschreitungen des MAK-Wertes und des MIK-Wertes sind gesetzlich
zulässig. Die Kurzzeitwerte sind in der Regel 2 bis 5 mal höher als die MAK- resp. die
MIK-Werte.
Warum die Dosis und nicht nur die Konzentration als Entscheidungskriterium?
An einem einfachen, täglichen Beispiel soll diese Frage beantwortet werden. Wie haben
Ethanol oder Spiritus in unseren Haushalten für verschiedene Zwecke. Schon sehr viele
Personen haben an einer offenen Flasche Ethanol gerochen, ohne dabei gefährdet zu
werden. Warum?
Einige wichtige Daten dieser Substanz sind die Folgenden:
Ethanol (Ethylalkohol, Weingeist, „Alkohol“). H3C–CH2–OH, C2H6O,
• M: 46,07 g/mol.
• MAK 1000 ppm
• Dampfdrucke in hPa: 6.7 (+8°C), 67 (25°C), 80 (26°C), 267 (48,4°C)
Der Dampfdruck bei 25 °C ist 6700 Pa.
Allg. Gasgleichung:
p x V = n x R x T; p = n x R x T/V;
Da ein Mol jedes Gases dasselbe Volumen einnimmt, kann der Dampfdruck nach der
obigen Gleichung direkt in den Volumenanteil in ppm umgerechnet werden:
VT = 67’000/1’000'000 = 67'000 ppm
Die Umrechnung in mg/m 3 bei 20°C erfolgt wie:
mg/m 3 = Molmasse/24,06 x ppm:
g/m 3 = Molmasse/24060 x ppm
Der MAK-Wert des Ethanoldampfs über der Flüssigkeit ist um das 67-fache
überschritten.
Folgerung: Es ist trotzdem nicht gefährlich, kurz an einer Spiritusflasche zu riechen.
Chemie Bützer

77
Der MAK-Wert ist ja für 8 Stunden Arbeit pro Tag festgelegt.
Und wenn wir länger riechen? Ja dann ist entscheidend, wie intensiv wir riechen. Das
ist von unserer Einatmung bestimmt, der Atemrate.
Arbeit bei Einhaltung von 1 MAK
während 480 Minuten.
Die maximale Dosis D bei schwerer Arbeit an
einem Arbeitstag mit 8 Stunden mit der MAK-
Konzentration ist:
D = c x Molmasse/24060 x Atemrate x Zeit;
3
c •M
• Ar • t ⎛ ml • g • m • s • mol ⎞
D = ⎜
= g ⎟ ;
3
24060 ⎝ m • mol • s • ml ⎠
D = 1000 x 46,07/24060 x 0,000’83 x 8 x 3600 =
D = 45.8 g
Riechen offene Spiritusflasche während 5
Sekunden
MAK wird um das 67-fache überschritten
Die maximale Dosis D beim Riechen während 5
Sekunden an einer Spiritusflasche mit derselben
Atemrate (die volle Konzentration des
verdunstenden Ethanols wird aufgenommen):
D = 67’000 x 46,07/24060 x 0,000’83 x 5 =
D = 0.53 g
Obwohl der MAK-Wert im Falle der Spiritusflasche massiv überschritten wird, ist die
erhaltene Dosis 45.8 g / 0.53 g um das 80-fache niedriger als bei der 8-Stunden Arbeit
bei eingehaltenem 1 MAK.
Aus dieser Aufstellung zeigt sich, dass eine sinnvolle Gefährdungsabschätzung nur mit
der Berücksichtigung der Zeit unternommen werden kann.
Für eine realistische Sicherheit müssen beide kritischen Grössen, maximale
Konzentration und Dosis gleichzeitig begrenzt werden.
Eine ganz wichtige Folgerung kann aus dem Beispiel gezogen werden:
Beurteilung von toxischen Gasen
Es ist unrealistisch, die Gefährdung durch toxische Gase nur über die Konzentration zu
bestimmen. Atemrate und Aufnahmezeit müssen zusätzlich in eine korrekte Beurteilung
einbezogen werden.
Beim Ethanol wird auch klar, dass die Gefährdung mit der Temperatur zunimmt, da der
Dampfdruck, die Konzentration in der Luft steigt und damit die aufgenommene Dosis
steigt.
Chemie Bützer

Dampfdruck (hPa)
1200
1000
800
600
400
200
0
78
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
Temperatur (°C)
Abbildung 65: Dampfdruck von Ethanol in Funktion der Temperatur
Zwischen 8°C und 30 °C nimmt die Dampfkonzentration über der Flüssigkeit immerhin
um einen Faktor 3 zu.
6.3 Kohlenmonoxid
Eigenschaften:
Kohlenoxid (Kohlenmonoxid, Kohlenstoffmonoxid). CO, MG. 28,01. Farbloses,
geruchloses, giftiges Gas, D. 1,250 g/l (0°), Schmp. –205,1°, Sdp. –191,5°, kritischer
Druck 35 bar, kritische Dichte 0,311 g/cm 3 , kritische Temperatur –140,2°. CO ist etwas
leichter als Luft (relative Dichte zu dieser 0,97). MAK-Wert 35 mg/m 3 , 30 ml/m 3 (ppm) 66
Leichtentzündlich
Giftig
Natürlicherweise ist der Gehalt an CO in der Luft etwa 0.2 ppm (mit starken
Fluktuationen)
Tabelle 26: Hämoglobin-CO Anteil bei verschiedenen CO-Konzentrationen und unterschiedlichen
Inhalationszeiten (Atemrate 400 l/h (ruhig))
CO-Gehalt der Luft 100 ppm 50 ppm 25 ppm
Zeit (Min) % Hb-CO Anteil
0 0 0 0
2 3,2 1,6 0,8
4 5,6 2,8 1,4
6 7,5 3,75 1,875
10 10 5 2,5
15 12 6 3
20 13,2 6,6 3,3
30 14,5 7,25 3,625
66 Umrechnung des MAK-Wertes: Bei 20°C (293 K): p*V = m/M*R*T; V=m/(M*p)*R*T =
0.035/(28.1*100'000)*8.314*293 = 30.3 ml entspricht 30.3 ppm
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% Hb-CO im Blut
16
14
12
10
8
6
4
2
0
79
0 10 20 30
Zeit (Min)
100 ppm
50 ppm
25 ppm
Abbildung 66: Hb-CO-Gehalte im Blut in Funktion der Zeit bei verschiedenen CO-Konzentrationen
in der Luft
Bei mittlerer Arbeit ist die Atemrate 1600 l/h, d.h. für dieselbe Dosis muss die Zeit um
einen Faktor 4 verringert werden.
Auswertung: Linewaver-Burk-Plot (1/t und 1/v aufgetragen)
1/(% Hb-CO im Blut)
1.4
1.2
y = 12,0993x
+ 0,1944
0.8
0.6
0.4
0.2
0
y = 1,0497x + 0,0972
y = 0,5248x + 0,0486
-0.2 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
1/t (1/Min)
100 ppm
50 ppm
25 ppm
Abbildung 67: Linewaver-Burk-Plot von Hb-CO mit unterschiedlichen CO-Konzentrationen
y=0 (Abszissenabschnitt) -1/Kd � Kd = 0,0926 (gilt für alle 3 Konzentrationen).
x=0 (Ordinatenabschnitt) 1/Em �
Em(100 ppm)= 20,6; Em(50 ppm)=10,3; Em(25 ppm)= 5,15 (maximaler Hb-CO-Gehalt
im Blut in % bei den entsprechenden Konzentrationen).
Tabelle 27: Wirkung grosser Konzentrationen von CO
Chemie Bützer
CO ppm Hb-CO %
60 10
130 20
200 30
660 50
750 60

HbCO-Gehlat im Blut (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
80
0 200 400 600 800
CO Konzentration in der Luft (ppm)
Abbildung 68: HbCO-Gehalt bei hohen CO Konzentrationen
Aufgabe: Giftigkeit von Kohlenmonoxid
Der MAK-Wert von CO beträgt 30 ppm, 35 mg/m 3
a) Stimmen die beiden Werte des MAK-Werts bei 20 °C und 100 kPa überein?
b) Stellen Sie die Tabelle grafisch dar, und interpretieren Sie die Kurven.
a) 30 ppm = 30 ml/m 3 , p x V = n x R x T; n=m/M, p x V = m/M x R x T; m=Vx p x
M/(R x T)= 30 x 10 -6 x 10 5 x 28/(8,314 x 293) = 56 x 10 -6 kg = 35 mg
Tabelle 28: Toxische Wirkung von Kohlenmonoxid
Wirkung Konzentration
in ppm
Einwirkungszeit in Stunden
(Inhalationszeit)
arbeitend gehend ruhend
Kopfschmerzen, 1400 0.5 0.75 1.5
Übelkeit 600 1 1.5 3
300 2 3 6
200 3 4.5 9
tödlich 1600 1 1.5 3
800 2 3 6
500 3 4.5 9
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Inhalationsdauer (Std)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
81
oben: tödlich,
unten: Übelkeit
0 500 1000 1500 2000
Konzentration (ppm)
arbeitend
gehend
ruhend
Abbildung 69: Wirkung von Kohlenmonoxid in Funktion von Konzentration (ppm) und
Inhalationsdauer (Std.)
Wenn man diese Angaben in der obigen Gleichung verwenden will, dann muss die
Atemrate, das heisst die pro Minute eingeatmete Luft, in der Konstanten ein- gesetzt
werden. Genau in dieser Grösse unterscheiden sich nämlich die drei betrachteten Fälle:
Arbeitend, stehend und ruhend. Für cs müsste dann der MAK- Wert, oder der MIK-Wert
verwendet werden.
Tabelle 29: Wirkungen auf den Menschen von CO in der Atemluft 67
Konzentration Zeit Wirkungen
(ppm) (h)
10 24 MIK
25 8 TLV (threshold limit value entspr. unserem MAK)
30 8 MAK
100 nach längerer Zeit keine Vergiftungserscheinungen
200 2 Kopfschmerzen
300 2 Vergiftungssymptome
400 1 Vergiftungssymptome
500 0.5 Halluzinationen
1000 2 Tod
1500 1 Tod
3000 0.5 Tod
Molekulare Wirkungsweise von CO
Bildung von Carboxyhämoglobin: HbO2 + CO � HbCO + O2
[ HbCO][
O2]
K =
≈ 300(
220 −
[ HbO2][
CO]
400)
67 Roth L., Weller U., Chemie-Brände und Vorsorgemassnahmen, ecomed-Verlag, Landsberg/Lech,
1990, 30 (nach Daunderer)
Chemie Bützer

82
Frage: Wenn die Carboxyhämoglobinkonzentration im Blut maximal 10% sein darf, wie
gross ist dann die CO-Konzentration in ppm?
[ HbCO][
O2]
[ CO]
=
[ HbO ] • K
2
[O2]: Gehalt an Sauerstoff in der Luft: 21% = 210'000 ppm
[ HbCO]
10
= = 0,
11
[ HbO ] 90
[ CO]
2
[ HbCO][
O ] 21000
=
= 0,
11•
[ HbO ] • K 300
2
2 =
77.
7 _ ppm
Die HbCO-Konzentration im Blut beträgt beim MAK-Wert
[ HbCO]
[ CO]
• K 30 * 300
= = = 4.
3%
[ HbO2]
[ O2]
210000
(BAT-Wert, Biologischer Arbeitstoleranz Wert: 5 % 68)
Bei der Bindung des CO an das Hämoglobin handelt sich um ein Gleichgewicht, das
ausgenützt wird, um den HbCO-Gehalt nach einer Vergiftung möglichst rasch wieder zu
verringern.
% Hb-CO
70
60
50
40
30
20
10
0 20 40 60
Zeit (Min)
Luft
Sauerstoff
Abbildung 70: CO Entfernung im Blut durch Atmung mit normaler Luft nach einer CO
Vergiftung69 Eine chronische Kohlenmonoxid-Belastung im eigentlichen Sinne ist bisher nicht mit
wesentlichen Auswirkungen wahrscheinlich gemacht worden. Psychovegetative
Störungen werden als Folge häufig wiederholter, abortiver bzw. subakuter Intoxikation
diskutiert. Es ist zu berücksichtigen, dass der COHb-Gehalt bei Rauchern bis zu 25 %
betragen kann (durchschnittlich 10 %), der normale COHb-Gehalt beim Menschen ist
ca. 1 %.
68 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 99
69 Moeschlin S., Klinik und Therapie der Vergiftungen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1980, 246
Chemie Bützer

Beispiel: Autoabgase
Chemie Bützer
83
Tabelle 30: Zusammensetzung von Kraftfahrzeugabgasen in Vol.-%
Schadgas Ottomotor Dieselmotor
CO2 6,5 – 8 3,5
7 – 13 9
H2O 7 – 10 3,5
9 – 11 9
O2 1 – 1,5 16
0,1 – 2 3 – 6
CO 4 – 8 unter 0,05
1 – 8 0,1 – 0,3
H2 0,5 – 4 –
0,1 – 1 0,1
N2 71 77
74 – 76 77
NOx 0.6 3
kursive Werte für Volllast, normale Werte für Leerlauf
Abgasausstoss (mit CO2 und H2O) ca. 10 m 3 pro Liter Benzin.
Gefahr in der Garage?
Ein Auto mit Benzinmotor wird in einer Garage (6 x 4 x 3 m) laufen gelassen und
verbrennt dabei pro Stunde 5 Liter Benzin. Nach welcher Zeit ist der MAK-Wert von CO
in der Garage erreicht?
Lösung:
Garage: V= 6 x 4 x 3 = 72 m 3 ;
CO Konzentration ca. 8% entspricht 80’000 ppm = 80’000 cm 3 /m 3 ; In der Garage ist der
MAK-Wert mit 72 x 30 = 2160 cm 3 CO erreicht (gleichmässige Durchmischung
angenommen).
Pro Liter Benzin produziert das Auto 10m 3 Abgas, davon sind 80’000 x 10 = 800’000
cm 3 CO;
Pro Stunde braucht das Auto 5 Liter Benzin, produziert also 5 x 800’000 = 4'000’000
cm 3 CO; das sind pro Sekunde 4'000’000/3600 = 1111 cm 3
Folgerung: Der MAK-Wert (30 ppm) ist bei vollständiger Durchmischung in ca. 2
Sekunden erreicht!!! (72 x 30/1111= 1.94 s), bei 4% CO sind das ca. 4 Sekunden.
Tabelle 31: Schadstoffkonzentrationen im Innern eines Kraftfahrzeugs
Substanz mg/m 3
ppm MAK
ppm
Kohlenmonoxid, CO 12 – 43 (Mittelwert: 25) 10.3 - 36.9 30
Stickstoffmonoxid, NO 0,65 – 1,6 (Mittelwert: 1,1 ) 0.78 - 1.92 25
Stickstoffdioxid, NO2 0,03 – 0,3 (Mittelwert: 0,1 ) 0.06 - 0.6 3
Ist der MAK-Wert für die Summe dieser Schadstoffe, CO, NO und NO2 überschritten?

6.4 Beurteilung von Stoffgemischen 70
c x
Stoffindex für Stoff x: I = ;
x
MAK x
Substanz cx
ppm
84
MAKx
ppm
Stoffindex
Ix
ppm
Kohlenmonoxid, CO 24 30 0.8
Stickstoffmonoxid, NO 1.4 25 0.056
Stickstoffdioxid, NO2 0.3 3 0.1
Gemisch 0.956
n
c1
c 2 c3
c ⎡ ⎤
n ci
Gemisch: I tot = + + + ... + = ∑ ⎢ ⎥ ≤ 1
MAK1
MAK2
MAK3
MAKn
i= 1 ⎣MAKi
⎦
Interpretation des Beispiels: Da Itot = 0.956

85
Abbildung 72: Zeitdiagramm der Aufnahme von Kohlenmonoxid (Abszisse: Zeit in Minuten,
Ordinate: Dosis in mg) (Konzentration von CO: 350 mg/m 3 , Schwellkonzentration: 0.24 mg/m 3 ,
max. Aufenthaltsdauer 2Std. � Vergiftungssymptome, Atemrate: 0.017 m 3 /min, Resorptionsfaktor:
1, Halbwertszeit der Elimination (Luft)): 96 Min. � k=ln(2)/96) Dosis in mg: Berücksichtigt die
Elimination, Hyp_Dosis: Berücksichtigt die Elimination nicht.
Die Grafik macht deutlich, dass die Elimination die Zunahme der Dosis im Blut
verringert und gleichzeitig zu einer Begrenzung der maximalen Dosis führt
(Gleichgewicht). Nach der Exposition tritt eine Abnahme der Dosis durch die Elimination
ein.
Kinetik und toxische Wirkung
CO2 und CO durchdringen nach Inhalation rasch und leicht die Alveolarmembranen in
der Lunge und gelangen in das Blut. Dort wird CO2 durch die Carboanhydrase der
Erythrocyten in Kohlensäure umgewandelt. Wird somit CO2 über einen längeren
Zeitraum in hohen Konzentrationen eingeatmet, dann bildet sich eine im Extremfall
tödliche respiratorische Azidose. CO lagert sich dagegen unter Verdrängung von
Sauerstoff an das zweiwertige Eisen des Hämoglobins an. Dabei belegt CO die
gleichen Koordinationsstellen von Fe 2+ wie Sauerstoff, die Affinität von CO zu
Hämoglobin ist jedoch etwa 300fach grösser als die von Sauerstoff. Bei erreichen eines
Hämoglobin-CO Anteiles von 60% tritt innerhalb weniger Minuten der Tod ein.
Das ausgeatmete Kohlendioxid, ein natürliches Gas, hat in höheren Konzentrationen
negative Wirkungen:
Chemie Bützer

CO2-Gehalt in %
7
6
5
4
3
2
1
0
Normal
0,035
MAK
0,5
86
Fehlleistungen
1,5
Kopfschmerzen
3
Schwindel
Abbildung 73: Kohlendioxidgehalte der Atemluft und deren Auswirkungen (MAK 0.5% entspr.
1'000’000/100*0.5 = 5000 ppm)
6.5 Schwefelwasserstoff
Ebenfalls ein natürliches Gas der Verdauung und der Vulkane ist Schwefelwasserstoff
(H2S). Von Schwefelwasserstoff (z.T. auch ein Bestandteil der Stoffe von Heilquellen)
kennt man folgende Angaben:
Tabelle 32: Toxische Wirkung von H2S
Wirkung Konzentration in
mg/l Luft
Geruchsschwelle 0.000’005’7
MIK-Wert 0.00075
MAK-Wert 0.015
Leichte oder keine Wirkung 0.5-0.7
Leichte Symptome nach einigen Stunden 1 - 2
Symptome nach 1/2 Std. 1.5-1.6
Schwere Symptome nach 1/2 Std. 3 - 4
Lebensgefährlich nach 1/2 Std. 10 - 12
Tödlich nach 1/2 Std. >15
Dampfdichteverhältnis (Luft = 1) 1.19
Dampfdruck bei 20°C (hPa) 17’300
Obere Explosionsgrenze (Vol%) 44
Untere Explosionsgrenze (Vol%) 4
Wie lässt sich die Gefährdung mit diesen Werten sinnvoll abschätzen?
Chemie Bützer
6

Dosis in mg
1000
800
600
400
200
0
87
Tödlich in 30 Min.
0 5 10 15 20
Konzentration in der Luft in mg/l
Lebensgefährlich in 30 Min
Schwere Symptome nach 30 Min.
Abbildung 74: Dosis von Schwefelwasserstoff (H2S) bei verschiedenen Konzentrationen in der
Atemluft
Interpretation:
• H2S ist schwerer als Luft – tiefer liegende Bereiche sind besonders gefährdet.
• Als Wert für cs wird der MIK- Wert von 0.00075 mg/l Luft angenommen.
• Es fällt in der Tabelle auf, dass der Wert für leichte Symptome und der Wert für
Symptome nach 1/2 Std. praktisch gleich sind.
• Zwischen dem MAK- Wert und der tödlichen Konzentration ist ein Faktor 1000.
• Die Wirkungsweise von Schwefelwasserstoff (H2S) lässt sich zu einem guten Teil
durch die starke Bindung an Schwermetalle erklären (Bildung unlöslicher
Sulfide).
• Von H2S können etwa 2000 fach geringere Konzentrationen mit der Nase
wahrgenommen werden, als dem MAK-Wert entspricht (die Nase ist ein
Warnorgan für diese Substanz, jedoch nur für kurze Zeit, da die Adaption sehr
rasch ist).
• Explosive Konzentrationen von Schwefelwasserstoff (UEG = 40'000 ppm) sind
vom Geruch her fast unerträglich und ausserordentlich toxisch.
Tabelle 33: MAK- und MIK-Werte einiger Substanzen 71
Substanz MAK-Wert
mg/m 3
MIK-Wert
Tagesmittelwert
mg/m 3
MIK-Wert
Höchstwert
mg/m 3
Amminiak, NH3 35 1 2
Kohlenmonoxid, CO 33 10 50
Methylenchlorid; CH2Cl2 360 50 150
Schwefeldioxid, SO2 5 0.3 1
Schwefelsäure, H2SO4 1 0.1 0.2
Stickstoffdioxid, NO2 9 0.1 0.2
Stickstoffmonoxid, NO 30 0.5 1
Bei Reizgasen (z.B. HCl, SO2, NH3, O3, Phosgen, NOx etc.) ist oftmals erst nach
Stunden (Latenzzeit) ein Lungenödem zu beobachten.
71 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 101
Chemie Bützer

88
6.6 Die krebserzeugende Substanz Benzol
C6H6
Summenformel Konstitutionsformel Elektronendichteverteilung
Benzol zeigt bei der Aufnahme ein ungewöhnliches Verhalten.
Konz. im Blut/Harn
300
250
200
150
100
50
0
y = 5.121e 0.3969x
R 2 = 0.9558
0 5 10 15
Konzentration in der Luft (ppm)
Blut (MikroG/L)
Harn (mg/L)
Abbildung 75: Aufnahme aus der Luft in das Blut und Ausscheidung von Benzol 72
Die Grafik zeigt, dass Benzol überproportional zur Luftkonzentration aufgenommen
wird. Der TRK-Wert 1 ppm. Die Technische Richtkonzentration gilt für cancerogene
Stoffe anstelle des MAK-Wertes. Eine Erklärung dafür könnte sein, dass der hydrophile
Schleim auf der Lunge das Benzol umso besser absorbiert, je höher dessen Gealt an
Benzol ist.
Trotz der gesicherten Erkenntnisse über die carcinogene Wirkung, war Benzol als
Zusatz in einer Konzentration von 5% zu Autobenzin mit einer Ausnahmeregelung
während vieler Jahre zugelassen!!
72 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 100
Chemie Bützer

89
6.7 Konzentrationsberechnungen in der Umweltchemie
Viele Konzentrationsangaben der Umweltchemie verwirren wegen ihrer Redundanz. So
werden Massen- und Volumenangaben verwendet, die dazu noch auf
unterschiedlichste Einheiten der belasteten Medien normiert werden. Die Verwirrung
spiegelt sich auch in Zeitungsberichten zu Umweltfragen wieder. So schreibt
beispielsweise der Spiegel (20/1999) über den Schwefelgehalt von Treibstoffen: "...
Gleichzeitig sollen die Schwefelgehalt-Grenzwerte für Benzin von derzeit 300 Teilchen
pro Million (ppm) und für Diesel von 500 ppm drastisch sinken - auf einheitlich 10 ppm.
..." Dies ist eine weitere Variante von ppm (wenn auch in diesem Fall sicherlich
Massenanteile gemeint sind, da es sich nicht um Gase, sondern um Flüssigkeiten
handelt).
Ein typisches Beispiel sind die Konzentrationsangaben für Ozon, die man in dem MAK-
Wert, den täglichen Ozonmeldungen oder in den Ozonkarten findet. (Alle diese
Angaben sind für Chemiker nicht logisch. Für ihn zählen nur Konzentrationsangaben
wie Mol pro Liter (mol/l) also Grössen, die proportional zur Teilchenzahl des Schadstoffs
sind.)
6.7.1 Problemstellung Ozon, O3
"Alle sprechen vom Ozonloch, aber nur die Wenigsten wissen was Ozon ist und
welche konkreten Reaktionen diese Substanz auslöst."
Der Geruch des Ozons (Name von griech.: ózein = duften, stinken, riechen) wird je
nach Konzentration als Nelken-, Heu-, Chlor-ähnlich oder als nach Stickoxiden riechend
beschrieben und ist etwa ab 0,01 ppm wahrnehmbar. Ozon ist eines der stärksten
bekannten Oxidationsmittel.
+ +
O
O
O O - - O
O
O
+
O O
- -
Resonanzstrukturen von Ozon
Mögliche elektronische Grenzstrukturen des Moleküle
Abbildung 76: Das sehr reaktive Molekül Ozon
O
O
+
O
HOMO von Ozon
Hier kommen die
Elektronen der
angegriffenen DB
hinein
Ozon wirkt auf Augen und Schleimhäute reizend, doch werden die Hauptschädigungen
in den Atemwegen verursacht, wobei Atembeschwerden mit Abnahme des
Respirationsvolumens, später auch Nasenbluten, Bronchitis, Lungenödeme auftreten
können. Chronische Exposition (z. B. bei Flugpersonal) kann auch bei niedrigen O3-
Konzentrationen Brust- und Kopfschmerzen sowie Schwindel zur Folge haben. Die
Toxizität wird zum Teil auf die oxidative Zersetzung ungesättigter Fettsäuren im
Organismus zurückgeführt. Dieser Effekt kann durch Vitamin E-Mangel potenziert,
durch -Zufuhr jedoch gemildert werden. Die schädigende Wirkung von O3 auf Niedere
Organismen wie Viren, Bakterien und Pilze wird für Desinfektions-Zwecke ausgenützt.
Bei Pflanzen, wo sie als Folge der Luftverunreinigung auftreten kann, ist sie
Chemie Bützer

unerwünscht, da direkte Einwirkung des Ozons Chlorophylle zerstört – ebenfalls eine
Reaktion mit Doppelbindungen:
R 1
R 1
R 3
R 1
R 3
R 2
O
R 2
R 4
O O
Ozonid
O O
R 3
R 4
Säure
Katalysator
R 2
R 4
O
-O O+
Ozon
Abbildung 77: Reaktion der Ozonisierung
90
1,3-Dipolare
Cycloaddition
O
R1 R3 R 1
R 3
O
O
-O
+O
O
R2 R4 R 2
R 4
Primärozonid
Der MAK-Wert von Ozon (O3) wird wie folgt angegeben:
0,1 ml (100 µl)/m 3 Luft � 0,2 mg (200 µg)/m 3 Luft � 0,1 ppm (100 ppb) � 1 Teilchen
Ozon auf 10 Mio. Teilchen Luft
Diese Werte sehen sehr zufällig aus. Ob sie alle das Gleiche aussagen, soll anhand
von Überschlagsrechnungen überprüft werden.
3
Berechnung: Molzahl n des Ozons in 1 m Luft.
Die Molmasse des Ozons ist 48 g/mol.
Nun rechnen wir nach, ob deren Volumen tatsächlich 100 µl ist.
1 mol � 22,414 l (Satz von Avogadro)
Bei 20 °C ist das Volumen 10,7 % (Faktor f = T2/T1) grösser: 1 mol => 24,056 l; 1 µmol
=> 24,056 µl
4,17 µmol Ozon => 100,3 µl ≈ 100 µl
Überprüfung des ppb- bzw. ppm-Wertes die Anteile des Ozons in der Luft. Die Frage ist
zu klären, worauf diese Werte normiert wurden: auf Masse oder Volumen der Luft.
Chemie Bützer

1. Massenanteile
1 m 3 Luft => 1,29 kg => 1,29 · 10 9 µg
200 9
9
1.
29 •10
−
= 155 •10
= 155ppb
= 0.
155ppm(
Masse)
Dieser Wert stimmt nicht mit der Angabe
bei den MAK-Werten überein.
91
2. Volumenanteile
1 m 3 Luft = 10 9 µl
100 9
μl −
= 100 •10
= 100ppb
9
10 μl
= 0.
1ppm(
Volumen)
Dieser Wert stimmt mit der Angabe
überein.
Auf Teilchenzahlen bezogene Anteile
Die ppm-Definition ist im Fall von Gasen identisch mit der auf Volumen bezogenen
Angabe. Dahinter steckt der Satz von Avogadro, dass gleiche Volumina von
verschiedenen Gasen die gleiche Teilchenzahl enthalten. Volumenzahlen sind bei
Gasen deshalb proportional zu Teilchenzahlen. Sie sind bis zu ziemlich extremen
Bedingungen unabhängig von Druck und Temperatur, da diese Korrekturen alle Gase
gleichmässig betreffen (abgesehen von Realgas-Korrekturen).
Der Teilchenanteil ist also
1 Ozonteilchen auf 10 Mio. Luftteilchen = 0,1 ppm (auf Teilchenzahl bezogen).
Diesen ppm-Wert kann man auch über die Molzahl berechnen.
Überschlagsrechnung:
Ein Kubikmeter trockene Luft hat bei Normalbedingungen die Masse 1,29 kg. Die
Molzahl der Luft berechnet man mithilfe der durchschnittlichen Luftmolmasse ML.
Nur Stickstoff, Sauerstoff und Argon werden berücksichtigt:
ML = 0,781 · 28,02 g/mol + 0,21 · 32 g/mol + 0,0093 · 39,95 g/mol = 21,88 + 6,72 + 0,37
= 28,97 g/mol
Die Molzahl n der Luft in 1,29 kg ist dann
n (Luft) = 1290 g / 28,97 g/mol = 44,53 mol
Wir vergleichen die Teilchenzahlen von Ozon und Luft:
n( Ozon)
4.
17μmol
−6
= = 0.
093 •10
≈
n(
Luft)
44.
53mol
0.
1ppm(
auf _ Teilchen _ bezogen)
Die verschiedenen Angaben des MAK-Werts sind also in sich stimmig.
6.8 Dioxin und ADI-Wert
Beispiel: Maximale Konzentration von Dioxin im Körper
Der ADI-Wert (Acceptable Daily Intake = annehmbare (duldbare) tägliche Aufnahme
admissible daily intake) für den Menschen liegt bei 1 pg TE/kg LG. (TE:
Toxizitätseinheiten, da ein Substanzgemisch; LG: Lebendgewicht).
Gleichzeitig werden die Dioxine aber ausgeschieden; die Halbwertszeit t½ beträgt
hierfür 5 Jahre. Daraus ergibt sich ein Gleichgewicht mit einer Sättigungskonzentration.
Wie gross ist diese?
Reaktionsgeschwindigkeitskonstante: t½ = ln(2)/k � k = ln(2)/ t½
Chemie Bützer

Allgemeiner Ansatz:
Reaktionsgeschwindigkeit v = Aufnahme - Ausscheidung von Dioxinen
v = k1 – k2 · c
92
Der Sättigungswert wird im Gleichgewichtszustand erreicht.
Hier ist RG = 0, c= csätt. Daraus folgt:
k1
c sätt =
k
2
Für den konkreten Fall von Dioxin gilt:
k1 = ADI-Wert · 365 Dimension: pg TE/kg LG und Jahr; (k1 = 365)
k2 = ln(2)/t½ Dimension: Jahr -1 ; ln(2) = 0,693; (k2 = 0.1386)
Die Sättigungskonzentration ist mit diesen Werten:
ADI•
365 • t1/
2
csätt
= ; pg TE/kg LG
ln( 2)
Die Beziehung gestattet, rasch zu überschlagen, was es bedeutet, wenn der ADI erhöht
wird und/oder die Halbwertszeit doch grösser ist als vermutet.
Unter den Bedingungen (Aufnahme: ADI = 1 pg/Tag und kg LG und Ausscheidung: t½ =
5 Jahre) findet man den bekannten Literaturwert von 3 000 pg TE/kg LG:
csätt = 2 633 pg TE/kg LG
Diskutiert wird z.B. die Erhöhung des ADI auf 10 pg/Tag und kg LG. Kalkuliert man
konservativer eine grössere Halbwertszeit von 10 Jahren mit ein, so erhält man
csätt = 52 670 pg TE/kg LG.
Simulationsdiagramm des
Dioxinmetabolismus
Abbildung 78: Dioxinmetabolismus
Zeitdiagramm des Dioxinmetabolismus:
Dioxinaufnahme (ADI= 1 pg/kg pro Tag) und der
Ausscheidung (HWZ = 5 Jahre)
Abszisse: Zeit in Jahren
Ordinate: Dosis in pg
Diese Grafik macht deutlich wie lange es dauert, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Sie
zeigt auf, dass es nicht viel Sinn macht über Gleichgewichte zu sprechen, ohne die
Reaktionsgeschwindigkeiten zu betrachten.
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Abbildung 79: Dioxinmetabolismus mit ADI=10 pg, Abbau HWZ = 10 Jahre (Abszisse: Zeit in
Jahren, Ordinate: Dosis in pg)
Diese Grafik zeigt, dass das Gleichgewicht auch bei hohen Dosen relativ langsam
erreicht wird.
Chemie Bützer
93

7 Carcinogene Wirkungen
Spezielle toxische Eigenschaften sind:
c: carcinogen, kanzerogen � krebserzeugend
m: mutagen � erbgutverändernd
r: reproduktionstoxisch, teratogen � fortpflanzungsgefährdend
Chemie Bützer
94
Diese drei Gefährdungen werden für die Beurteilung von Chemikalien zu der Kategorie
CMR (carcinogen, mutagen, reproduktionstoxisch) zusammengefasst.
Eine Reihe von Faktoren kann zur Carcinogenese (Krebsbildung) beitragen. Zu diesen
Faktoren zählen Vererbung, Viren, ionisierende Strahlung, Chemikalien und
Beeinträchtigungen des Immunsystems. Heute wird erforscht, wie diese Faktoren
möglicherweise in bestimmten Abfolgen zusammenspielen und schliesslich zu Krebs
führen. Grundsätzlich handelt es sich bei der Carcinogenese um einen genetischen
Vorgang. Genabnormitäten können vererbt oder durch Viren oder äussere
Schädigungen in einer Körperzelle verursacht werden. Wahrscheinlich entsteht nach
einer Reihe aufeinander folgender Genmutationen eine einzelne bösartige Zelle, die
sich als Clon vermehrt. Ursprünglich nahm man an, dass ein bösartiger Clon völlig
abnorm ist und die einzige Möglichkeit, Krebserkrankungen zu heilen, daher in der
vollständigen Beseitigung aller abnormen Zellen besteht. Heute weist vieles darauf hin,
dass das Problem in der Unfähigkeit der Zelle liegt, sich bis zum endgültigen,
funktionsfähigen Reifestadium weiterzuentwickeln und zu differenzieren
(möglicherweise weil eine dazu nötige Komponente nicht produziert werden kann).
Erst seit 1960 macht man sich ernsthafte Gedanken über die Wirkung von Schimmel
befallenen Lebensmitteln. Zu dieser Zeit waren in England - kurz vor Weihnachten - von
Geflügel, einige tausend Tiere durch verschimmeltes Erdnussschrot eingegangen. Die
intensive Suche nach dem eigentlichen Verursacher führte zunächst zur Entdeckung
der Aflatoxine, einem hochtoxischen Stoffwechselprodukt einiger Arten von Arpegillus
flavus. Akute Vergiftungen mit Aflatoxin sind beim Menschen kaum bekannt. In
tropischen Ländern, mit günstigen klimatischen Bedingungen für Pilzwachstum, sind
chronische Vergiftungen vermutet worden. Eine gleichzeitige Häufung von primärem
Leberkrebs und einem hohen Aflatoxingehalt der Nahrungsmittel ist in Mozambique ein
solcher Zusammenhang gefunden worden. Im Gegensatz zu den akuten Wirkungen,
treten diese Schäden erst verzögert auf. Bei den Aflatoxinen lässt sich zeigen, dass
nicht alles, was naturbelassen ist ("Bioprodukte") auch besonders gesund sein muss.
So sind die höchsten Gehalte an Aflatoxinen auf unpräparierten Nüssen zu finden, weil
dort die Schimmelpilze besonders gut wachsen.
Vorgänge, durch die chemische Substanzen Krebs verursachen, wurden eingehend
untersucht. Einige Chemikalien aber auch „natürliche Stoffe“ wie Buchen- oder
Eichenolzstaub oder Asbest wirken carcinogen. Dabei ist eine einmalige Einwirkung
ausreichend, doch die Krebserkrankung tritt erst nach einer langen Latenzzeit zu Tage,
nachdem ein weiterer Krebs fördernder Faktor hinzugekommen ist.

95
Tabelle 34: Latenzzeit für einige beim Menschen bekannte Carcinogene
Carcinogen Ort der Krebsbildung Bereich der
Latenzzeit (Jahre)
Röntgenstrahlen Haut 10 - 30
Radioaktive Farben Knochen 10 - 30
Radioaktive Gesteine Lunge 5 - 20
Ultraviolette Strahlen Haut 10 - 40
Aromatische Amine Blase 10 - 20
Teer (Kohle) Haut 10 - 25
Russ (Kamine) Hoden 11 - 17
Bei den verzögerten Wirkungen, wie dies die Carcinogenese darstellt, ist eine
Abhängigkeit von der Dosis zu beobachten. Dies ist mit unter auch ein Grund dafür,
weshalb die Latenzzeit mit sehr grossen Bereichen, und nicht mit genauen Werten
angegeben wird.
„Ein Gift, welches nicht gleich wirkt,
ist darum kein minder gefährliches Gift.“
(Claudia in Lessing, Emilia Galotti)
Die Latenzzeit ist umso kürzer, je höher die Dosis:
-1
t1 = Konstante( 1) • D
Latenzzeit
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 5 10 15 20
Abbildung 80: Latenzzeit als Funktion der Dosis
Dosis
Falls die Dosis D genügend klein ist gilt: Latenzzeit t1 > Lebenserwartung.
Ist die Latenzzeit t1 grösser als die Lebenserwartung, dann ist die entsprechende Dosis
nicht von Belang.
Chemie Bützer

Der Anstieg der Wirkung W ist exponentiell.
t
1
= Konstante( 1) •D
a
W = Konstante( 2) •D
• t
a: 2 – 4 (üblicherweise)
W : Wirkung
D: Dosis
t1: Latenzzeit
t: laufende Zeit
Wirkung
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
-1
96
0 5 10 15 20
Zeit
Abbildung 81: Tumorbildung in Funktion der Zeit und der Dosis
W (D=1)
W (D=3)
W (D=10)
Krebsauslöser (Initiatoren) bewirken irreversible Veränderungen an der DNA. Krebs
fördernde Faktoren (Promotoren) lassen die DNA unverändert, aber erhöhen die
Produktion der DNA und fördern die Genexpression (Bildung der Proteine, für die diese
Gene codieren). Sie haben keine Auswirkungen, wenn sie vor einem Initiator in Aktion
treten. Wirken die Promotoren jedoch nach einem Initiator über einen längeren Zeitraum
wiederholt ein, fördern sie die Tumorbildung. Tabakrauch enthält beispielsweise viele
chemische Initiatoren und Promotoren. Die Krebs fördernde Wirkung von Zigaretten ist
äusserst bedeutend. Wird das Rauchen aufgegeben, sinkt das Lungenkrebsrisiko
rasch. Ebenfalls Lungenkrebs auslösen kann das Edelgas Radon, das als radioaktives
Zerfallsprodukt des Urans in grösseren Konzentrationen Böden und Baumaterialien und
damit in Häusern (Tunnels und Bergwerken) vorkommt. Alkohol ist ein weiterer
bedeutender Promotor. Chronischer Alkoholmissbrauch erhöht deutlich das Risiko für
Krebserkrankungen, die durch andere Stoffe ausgelöst werden, z. B. Lungenkrebs bei
Rauchern. Carcinogene (Krebs erzeugende) Stoffe verursachen ebenfalls
Chromosomenbrüche und Translokationen.
Der Ursprung eines Tumors, die Initiation, geht somit auf eine Veränderung der DNA
zurück, die innerhalb von Tagen ablaufen kann.
Diese Läsionen brauchen Zeit und günstige Bedingungen, damit Zellen entstehen, die
einen Tumor bilden können. Gewisse Substanzen können hier einen Einfluss zeigen.
Bei solchen Substanzen, z.B. nS sind folgende Möglichkeiten gegeben:
Chemie Bützer

97
Kein Effekt Inhibition Promotion
8 & nS = 8 8 & nS = 2 8 & nS = 16
Promotoren sind selbst keine carcinognene Stoffe. Dabei ist es wesentlich zu wissen,
dass der Organismus Abwehrmechanismen zur Verfügung hat, um auch mit derartigen
Prozessen fertig zu werden. Diese sehen schematisch etwa wie folgt aus:
7.1 Beispiele für die Giftung im Körper
O
O
HO
O
O
R
OH
H 3 C N N
S
O
R
O
NH
O
R
R
Enzyme
O
Enzyme
Enzyme
Saccharin
O
Aflatoxin B 1
H 3 C
H 3 C
O
O
OCH 3
Benz(a)pyren
N N O
O
Säure
Dimethylnitrosamin
H 3 C
H 3 C
NH
+
Dimethylamin
Carcinogene Metallverbindungen: As, Be, Cr, Ni
Carcinogenes Mineral: Crysotil (Vertreter von Asbestmineralien): Mg2Si(OH)4O5
Carcionogene Werkstoffe: Hartholzstäube 73 (z.B. Eichen- und Buchenholzstaub)
HNO 2
Nitrit
Abbildung 82: Krebserzeugende Substanzen, eine Auswahl aus verschiedenen Stoffklassen
73 Bender H.F., Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000, 151
Chemie Bützer

7.2 Tumorbildung
Aufnahme
einer
chemisch
inerten
Substanz
Aufnahme
einer
chemisch
reaktiven
Substanz
98
Organismus Ausscheidung
Umwandlung in
reaktiven Metaboliten
(Giftung)
Verarbeitung im
Organismus
Aufnahme in den
Zellkern
Kovalente Bindung
an die DNA
DNA -
Reparatur
Reparatur-
Fehler
Zelltransformation
Tumor
Inaktivierung
Ausscheidung
Intakter Zellkern
Zelltod
Immunabwehr
Abbildung 83: Normale Abwehrmechanismen gegen die Tumorbildung, am Beispiel einer
chemischen Induktion
Chemie Bützer

7.3 Das lineare Modell
Chemie Bützer
99
Zwischen der Dosis und der Wirkung muss ein Zusammenhang bestehen. Ganz einfach
ausgedrückt könnte dies etwa so lauten:
Je grösser die Dosis, desto grösser die Wirkung.
Und der einfachste mathematische Zusammenhang ist hier die Proportionalität, d.h. die
Wirkung steigt proportional (linear) zu der Dosis. Welches sind die wichtigsten
Aussagen dieses Modells? Wohl die wichtigste Aussage des linearen Modells ist, dass
jede noch so kleine Menge Wirkstoff zu einem Effekt führt. Andererseits gibt es auch
Hinweise, darauf, dass bei carcinogenen (krebserzeugenden) Substanzen erst ab einer
gewissen Konzentration beobachtbare Effekte eintreten. dies wird dadurch erklärt, dass
unser Körper Reparaturmechanismen besitzt, welche bei zu grosser Belastung (Dosis)
überfordert werden.
Aufgabe:
1) Geben Sie Beispiele an, wo das lineare Modell nicht zutrifft.
2) Geben sie Beispiele an, wo das lineare Modell unüberprüfbar wird.
Bei krebserzeugenden Substanzen oder bei ionisierender Strahlung wird dieses Modell,
mangels zuverlässigen Daten bei ganz tiefen Dosen, allgemein verwendet.
Beispiel:
Diethylnitrosamin [(C2H5)2-N-N=O)] ist eine krebserzeugende Substanz, die sich vor
allem im Magen zwischen Nitriten (NO2 - ) und Aminen, welche beide in der Nahrung
vorkommen können, bilden.
Die Abhängigkeit der mittleren Dosis von Diethylnitrosamin für die Bildung von
Carcinomen bei Ratten.
Tabelle 35: Induktionszeit für die Bildung von Carcinomen mit Diethylnitrosamin
Dosis Induktionszeit Anteil der Carcinome relative
(mg/kg) (Tage) an allen Tieren in % Unsicherheit in %
1000 68 100 8
963 101 100 2
660 137 100 3
460 192 100 4,7
285 238 100 6,5
213 355 100 7,1
137 457 100 8,9
91 609 90 6,3
64 840 71 ca.8

Induktionszeit (Tage)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
100
0 200 400 600 800 1000 1200
Dosis (mg/kg)
Abbildung 84: Induktionszeit (Latenzzeit) für die Bildung von Carcinomen mit Diethylnitrosamin
bei der Ratte.
Frage:
a) Welchen Einfluss hat die Dosis auf die Krebsbildung?
b) Was sagt die Kolonne mit der relativen Unsicherheit aus?
Latenzzeit (Tage)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
y = 50753x + 63.195
R 2 = 0.988
0 0.005 0.01 0.015 0.02
Abbildung 85: Latenzzeit (Induktionszeit) zur Bildung eines Carcinoms mit Dimethylnitrosamin
Folgerung:
Die Latenzzeit ist ungefähr proportional 1/D. Für x = ∞, also die völlige Abwesenheit von
Dimethylnitrosamin ergibt sich eine Latenzzeit von t1 = ∞. Ist die Latenzzeit t1 grösser
als die Lebenserwartung, dann spielt die Wirkung W keine Rolle!! Die Lebenserwartung
bei Ratten beträgt ca. 1000 Tage.
Die Krebsanfälligkeit der Bevölkerung kann zu einer einfachen Formel
zusammengefasst werden 74:
74 M. Reitz: Beruf der Eltern - Krebs der Kinder, NZZ, Nr. 111, S.77, 1989
Chemie Bützer
1/D

„Krebsformel“:
Chemie Bützer
101
Disposition & Exposition & Alter = Krebs
• Disposition: Erbanlagen eines Menschen (Veranlagung, Metabolismus..)
• Exposition : Äusserer Einfluss von Krebs erregenden Faktoren (Wirkstoff, Strahlung,
Konzentration, Expositionsdauer)
• Alter : Lebensalter (Reduktion der Immunabwehr und Reparaturmechanismen)
Aufgabe:
Man versuche die "Krebsformel" mit dem Beispiel von Diethylnitrosamin zu
interpretieren, resp. zu bestätigen. Man zeige auch auf, welche Faktoren mit diesem
Beispiel nicht erfasst werden.
Der Zusammenhang zwischen der Dosis und der Wirkung (Effekt) ist schon bei der
Einleitung zum Thema Gifte als zentraler Punkt dargestellt worden. Die linearen
Modelle sind wohl leicht verständlich, sie treffen aber nur für ganz wenige Fälle zu, oder
man verwendet sie überall dort, wo der Zusammenhang zwischen der Dosis und der
Wirkung nicht ermittelt werden kann. Dies ist meist dann der Fall, wenn die Wirkungen
nach denselben Gesetzmässigkeiten auftreten, wie ein Gewinn beim Lotto, nämlich
sehr selten (kleiner 1: 10 000) und statistisch verteilt. Damit muss eine sehr grosse
Anzahl Individuen untersucht werden. Man weicht dann meist auf sog.
epidemiologische Untersuchungen aus, und gibt damit den grossen Vorteil von
Laboruntersuchungen preis, definierte Verhältnisse zu haben, und zwischen Ursache
und Wirkung klare und reproduzierbare Verhältnisse zu schaffen (verschiedene
Bevölkerungsgruppen ernähren sich unterschiedlich, haben andere Umweltbe-
dingungen, unterschiedliche Verhaltensweisen etc.). Resultat aus solchen epidemiologischen
Untersuchungen werden oft nach dem linearen Modell beurteilt.

8 Chemikaliengesetz
Chemie Bützer
102
§ 1 Zweck des Gesetzes
Zweck des Gesetzes ist es, den Menschen und die Umwelt vor schädlichen
Einwirkungen gefährlicher Stoffe und Zubereitungen zu schützen, insbesondere sie
erkennbar zu machen, sie abzuwenden und ihrem Entstehen vorzubeugen.
Sorgfaltspflicht:
Wer mit Stoffen oder Zubereitungen umgeht, muss deren gefährliche Eigenschaften
beachten und die zum Schutz von Leben und Gesundheit erforderlichen Massnahmen
treffen. Insbesondere sind diesbezügliche Informationen der Herstellerin zu beachten.
In Betrieben und Bildungsstätten, in denen beruflich oder gewerblich mit gefährlichen
Stoffen oder Zubereitungen umgegangen wird, ist eine Person zu bezeichnen, die für
Fragen des vorschriftsgemässen Umgangs zuständig ist und die den Vollzugsbehörden
die erforderlichen Auskünfte erteilen kann. Sie muss über die nötigen fachlichen
Qualifikationen und betrieblichen Kompetenzen verfügen. Ihr Name ist der zuständigen
Vollzugsbehörde mitzuteilen.
Gefährliche Stoffe oder gefährliche Zubereitungen sind:
1. explosionsgefährlich,
2. brandfördernd,
3. hochentzündlich,
4. leichtentzündlich,
5. entzündlich,
6. sehr giftig,
7. giftig,
8. gesundheitsschädlich,
9. ätzend,
10. reizend,
11. sensibilisierend,
12. krebserzeugend,
13. fortpflanzungsgefährdend,
14. erbgutverändernd oder
15. umweltgefährlich sind;
ausgenommen sind gefährliche Eigenschaften ionisierender Strahlen (� separat
geregelt)
Als gefährlich gelten Stoffe und Zubereitungen, die das Leben oder die Gesundheit
durch physikalisch-chemische oder toxische Wirkung gefährden können.
8.1 Sicherheitsdatenblatt
Sicherheit vor Handel, "No data - no market", "Keine Daten - kein Markt": Das ist das
Motto, unter dem das neue Chemikalienrichtlinie steht.
Das Sicherheitsdatenblatt ist dazu bestimmt, den beruflichen Verwendern die beim
Umgang mit gefährlichen Stoffen und Erzeugnissen notwendigen physikalischchemischen,
sicherheitstechnischen, toxikologischen und ökologischen Daten und
Umgangsempfehlungen zu vermitteln. Diese werden benötigt, um die erforderlichen
Massnahmen für den Gesundheitsschutz, die Sicherheit am Arbeitsplatz und den

103
Schutz der Umwelt treffen zu können. Die wichtigsten ökologischen Kriterien werden in
der Kategorie persistent, bioakkumulierbar und toxisch, PBT, zusammengefasse,
Das Sicherheitsdatenblatt muss zwingend folgende Angaben enthalten :
1 . Stoff/Zubereitungs - und Firmenbezeichnung
2 . Zusammensetzung/Angaben zu Bestandteilen
3 . Mögliche Gefahren
4 . Erste-Hilfe-Massnahmen
5 . Massnahmen zur Brandbekämpfung
6 . Massnahmen bei unbeabsichtigter Freisetzung
7 . Handhabung und Lagerung
8 . Expositionsbegrenzung und persönliche Schutzausrüstungen
9 . Physikalische und chemische Eigenschaften
10 . Stabilität und Reaktivität
11 . Angaben zur Toxikologie
12 . Angaben zur Ökologie
13 . Hinweise zur Entsorgung
14 . Angaben zum Transport
15 . Vorschriften
16 . Sonstige Angaben .
Zu: 3. Mögliche Gefahren
1. Die wichtigsten Gefährdungen, die von dem Stoff oder dem Erzeugnis
insbesondere für Mensch und Umwelt ausgehen, sind kurz und klar zu
beschreiben.
2. Die wichtigsten schädlichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit
sowie die Symptome, die bei der Verwendung und einem absehbaren
Missbrauch auftreten können, sind zu beschreiben.
3. Die Angaben müssen von den Angaben auf der Etikette, der Verpackung oder
dem Behälter ausgehen. Sie müssen diese aber nicht wiederholen.
Zu: 4. Erste-Hilfe-Massnahmen
1. Anzugeben sind die erforderlichen Erste-Hilfe-Massnahmen. Insbesondere ist
anzugeben, ob eine sofortige ärztliche Untersuchung notwendig ist.
2. Die Anweisungen für die Erste Hilfe müssen für das Opfer, Umstehende und
Erste-Hilfe-Leistende kurz, klar und verständlich formuliert sein. Symptome und
Auswirkungen sind kurz zu beschreiben. Aus den Angaben muss hervorgehen,
welche Sofortmassnahmen bei Unfällen zu ergreifen sind und ob mit möglichen
verzögerten Wirkungen der Exposition gerechnet werden muss.
3. Die Informationen sind nach den verschiedenen Expositionswegen, d.h.
Einatmen, Haut- und Augenkontakt und Verschlucken, zu unterteilen.
4. Es muss angegeben werden, ob eine ärztliche Betreuung erforderlich ist.
5. Bei bestimmten Stoffen und Erzeugnissen kann es von Bedeutung sein, darauf
hinzuweisen, dass am Arbeitsplatz besondere Mittel verfügbar sein müssen,
damit eine gezielte und sofortige Behandlung gewährleistet ist.
Zu: 5. Massnahmen zur Brandbekämpfung
Anzugeben sind die Anforderungen an die Bekämpfung eines Brandes, der von einem
Stoff oder einem Erzeugnis ausgeht oder diese betreffen könnte, insbesondere:
a. geeignete Löschmittel;
b. aus Sicherheitsgründen ungeeignete Löschmittel;
c. besondere Gefährdungen durch den Stoff oder das Erzeugnis selbst, seine
Verbrennungsprodukte oder entstehende Gase;
Chemie Bützer

Chemie Bützer
104
d. besondere Schutzausrüstung für die Brandbekämpfung.
Zu: 6. Massnahmen bei unbeabsichtigter Freisetzung
1. Je nach Stoff oder Erzeugnis sind folgende Angaben über Massnahmen bei
unbeabsichtigter Freisetzung zu machen:
a. personenbezogene Vorsichtsmassnahmen:
z. B. Entfernen von Zündquellen, Sicherstellen einer ausreichenden Belüftung zw. eines
ausreichenden Atemschutzes, Vermeidung von Staubentwicklung, Verhindern von Haut-
und Augenkontakt;
b. Umweltschutzmassnahmen:
z. B. Verhütung des Eindringens in die Kanalisation, in Oberflächen- und Grundwasser sowie in
den Boden, eventuelle Alarmierung der Nachbarschaft;
c. Verfahren zur Reinigung:
z. B. Einsatz absorbierender Stoffe (z. B. Sand, Kieselgur, saure Bindemittel,
Universalbindemittel, Sägemehl ...), Niederschlagen von Gas und Rauch mit Wasser,
Verdünnung; ausserdem ist möglicherweise auf Mittel, die keinesfalls verwendet werden
dürfen, oder auf geeignete Neutralisierungsmittel hinzuweisen, z. B. „keinesfalls
verwenden“, „neutralisieren mit“.
2. Gegebenenfalls ist auf die Ziffern 8 und 13 zu verweisen.
Zu: 7. Handhabung und Lagerung
7.1 Handhabung
Anzugeben sind Schutzmassnahmen für den sicheren Umgang einschliesslich Empfehlungen für
technische Massnahmen, wie zum Beispiel örtliche Absaugung und
Lüftungsmassnahmen, Massnahmen zur Verhinderung von Aerosol- und Staubbildung,
Brandschutzmassnahmen sowie weitere spezifische Anforderungen oder
Handhabungsregeln im Zusammenhang mit dem Stoff oder dem Erzeugnis (z.B.
geeignete oder nicht zulässige Arbeitsverfahren oder Geräte). Die Art der Massnahmen
sollte nach Möglichkeit kurz beschrieben werden.
7.2 Lagerung
1. Anzugeben sind die Bedingungen für eine sichere Lagerung, wie z. B. spezielle
Anforderungen an Lagerräume oder –behälter (einschliesslich Rückhaltewände
und Belüftung), unverträgliche Materialien, Lagerbedingungen (Temperatur- und
Feuchtigkeitsgrenze/-bereich, Licht, Inertgas usw.), besondere Anforderungen an
elektrische Anlagen und Geräte sowie Massnahmen gegen statische Aufladung.
2. Anzugeben sind, falls erforderlich, Mengenbegrenzungen in Abhängigkeit von
den Lagerbedingungen. Insbesondere sind spezielle Angaben zu machen, wie
die Art des Materials, das für die Verpackung/die Behältnisse des Stoffs oder des
Erzeugnisses verwendet wird.
Zu: 8. Expositionsbegrenzung und persönliche Schutzausrüstung
1. Massnahmen zur Begrenzung und Überwachung der Exposition umfassen alle
Vorkehrungen, die während der Verwendung des Stoffs oder des Erzeugnisses
zu ergreifen sind, um die Exposition der Beschäftigten so gering wie möglich zu
halten.
2. Technische Massnahmen haben Vorrang vor dem Einsatz persönlicher
Schutzausrüstungen. Deshalb sind Angaben über die Gestaltung der
technischen Anlagen zu machen, z. B. geschlossene Anlagen.
3. Anzugeben sind spezifisch zu überwachende Parameter, z. B. Grenzwerte in der
Luft oder in biologischem Material sowie Messverfahren und die entsprechende
Methode.
4. Ist eine persönliche Schutzausrüstung erforderlich, so ist die Art der Ausrüstung
anzugeben, die einen angemessenen Schutz gewährleistet:
a. Atemschutz:

Chemie Bützer
105
Bei gefährlichen Gasen, Dämpfen oder Staub ist auf die geeignete Schutzausrüstung,
wie beispielsweise umluftunabhängige Atemschutzgeräte, geeignete
Masken und Filter hinzuweisen.
b. Handschutz:
Anzugeben ist die Art der bei der Handhabung des Stoffs oder des Erzeugnisses
erforderlichen Schutzhandschuhe. Falls erforderlich, sind zusätzliche
Hand- und Hautschutzmassnahmen anzugeben.
c. Augenschutz:
Anzugeben ist die Art des erforderlichen Augenschutzes, wie zum Beispiel
Sicherheitsglas, Schutzbrillen, Gesichtsschild.
d. Körperschutz:
Anzugeben sind für den Schutz anderer Hautpartien als der Hände die erforderliche Art
und Qualität der Schutzausrüstung, wie zum Beispiel Vollschutz-
Schutzanzug, Schürze, Stiefel. Falls erforderlich, sind besondere
Hygienemassnahmen anzugeben.
5. Gegebenenfalls ist auf die einschlägigen Normen zu verweisen.
Zu: 9. Physikalisch-chemische Eigenschaften
Anzugeben sind gegebenenfalls die nachfolgenden Informationen zum Stoff oder zum
Erzeugnis.
a. Aussehen: Aggregatszustand (fest, flüssig, gasförmig) und Farbe des Stoffs
oder des Erzeugnisses im Lieferzustand.
b. Geruch: Ist ein Geruch wahrnehmbar, so ist dieser kurz zu beschreiben.
c. pH-Wert: pH-Wert des Stoffs oder des Erzeugnisses im Lieferzustand oder in
wässriger Lösung. Im letzteren Fall ist die Konzentration anzugeben.
d. Siedepunkt/Siedebereich:
e. Schmelzpunkt/Schmelzbereich:
f. Flammpunkt:
g. Entzündlichkeit (fest, gasförmig):
h. Selbstentzündlichkeit:
i. Explosionsgefahr:
k. Brandfördernde Eigenschaften:
l. Dampfdruck:
m. Relative Dichte:
n. Löslichkeit:
- Wasserlöslichkeit
- Fettlöslichkeit (Lösungsmittel und Öl angeben)
o. Verteilungskoeffizient n-Octanol/Wasser
p. Sonstige Angaben: Anzugeben sind sicherheitsrelevante Parameter wie
Dampfdichte, Mischbarkeit, Verdampfungsgeschwindigkeit, Leitfähigkeit,
Viskosität usw.
Zu: 10. Stabilität und Reaktivität
Anzugeben sind die Stabilität des Stoffs oder des Erzeugnisses sowie eventuelle
gefährliche Reaktionen unter bestimmten Bedingungen.
a. zu vermeidende Bedingungen:
Anzugeben sind Bedingungen wie Temperatur, Druck, Licht, Erschütterung usw., die zu
einer gefährlichen Reaktion führen können. Wenn möglich ist die Reaktion
kurz zu beschreiben.
b. zu vermeidende Stoffe:

106
Anzugeben sind Stoffe wie Wasser, Luft, Säuren, Basen, Oxidationsmittel oder jeder
andere Stoff, der zu einer gefährlichen Reaktion führen kann. Wenn
möglich sind die Reaktionen kurz zu beschreiben.
c. Gefährliche Zersetzungsprodukte:
Anzugeben sind gefährliche Stoffe, die bei der Zersetzung eines Stoffs in
kritischen Mengen entstehen können. Insbesondere sind anzugeben:
1. die Notwendigkeit von Stabilisatoren und ihr Vorhandensein;
2. die Möglichkeit einer gefährlichen exothermen Reaktion;
3. Auswirkungen einer Änderung des Aggregatzustands des Stoffs oder des
Erzeugnisses auf die Sicherheit;
4. gegebenenfalls gefährliche Zersetzungsprodukte bei Kontakt mit Wasser;
5. mögliche Zersetzung zu instabilen Produkten.
Zu: 11. Angaben zur Toxikologie
Dieser Abschnitt umfasst die kurze, aber vollständige und verständliche Beschreibung der verschiedenen
toxikologischen Auswirkungen ( auf die Gesundheit), die sich beim Kontakt mit dem Stoff oder der
Zubereitung für den Verwender ergeben können .
Anzugeben sind schädliche Auswirkungen durch Exposition gegenüber dem Stoff oder der Zubereitung,
wobei von Erfahrungen aus der Praxis oder/und den Ergebnissen wissenschaftlicher Versuche
auszugehen ist . Die Wirkungen sind entsprechend den physikalischen, chemischen und toxikologischen
Eigenschaften nach Expositionswegen ( Einatmen, Verschlucken, Haut - und Augenkontakt ) getrennt zu
beschreiben. Dabei sind die sofort oder verzögert auftretenden Wirkungen sowie die chronischen
Wirkungen nach kurzer oder länger anhaltender Exposition zu berücksichtigen, z . B . Sensibilisierung,
Karzinogenität, Mutagenität, Reproduktionstoxizität einschliesslich der Teratogenität und narkotische
Wirkungen .
Unter Berücksichtigung der Angaben in Punkt 2 "Zusammensetzung/Angaben zu Bestandteilen" kann es
erforderlich sein, auf besondere Wirkungen bestimmter Bestandteile einer Zubereitung hinzuweisen .
Zu: 12. Angaben zur Ökologie
1. Anzugeben ist eine Bewertung der Auswirkungen, des Verhaltens und des
Verbleibs in der Umwelt, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit und den
wahrscheinlichen Verwendungsarten des Stoffs oder des Erzeugnisses. Die
gleichen Angaben sind bei Giften und umweltgefährlichen Stoffen und
Erzeugnissen zu machen, die sich aus dem Abbau von Stoffen oder
Erzeugnissen ergeben.
2. Insbesondere können folgende umweltrelevante Angaben massgebend sein:
a. Mobilität: - nachgewiesene oder vorhersehbare Verbreitung in die einzelnen
Umweltbereiche,
- Oberflächenspannung,
- Adsorption/Desorption,
- sonstige physikalisch-chemische Eigenschaften;
b. Abbaubarkeit: - biotischer und abiotischer Abbau,
- aerober und anaerober Abbau,
- Persistenz;
c. Akkumulation: - Bioakkumulationspotential,
- Anreicherung über die Nahrungskette;
d. Kurz- und Langzeitfolgen hinsichtlich:
1. Ökotoxizität:
- Wasserorganismen,
- Bodenorganismen,
- Pflanzen und Tiere;
2. Sonstige negative Auswirkungen:
- Ozonabbaupotential,
- photochemisches Ozonaufbaupotential,
- Erderwärmungspotential,
Chemie Bützer

Chemie Bützer
107
- Auswirkungen auf Abwasserreinigungsanlagen.
3. Es ist dafür zu sorgen, dass auch in anderen Abschnitten des
Sicherheitsdatenblatts umweltrelevante Angaben gemacht werden, insbesondere
bei den Ratschlägen für die kontrollierte Freisetzung, den Massnahmen bei
unbeabsichtigter Freisetzung und den Hinweisen zur Entsorgung.
4. Solange noch keine Kriterien für die Bewertung der Umweltverträglichkeit eines
Erzeugnisses aufgestellt sind, sind Angaben zu den oben genannten
Eigenschaften auch für Stoffe zu machen, die in einem Erzeugnis enthalten und
als umweltgefährlich eingestuft sind.
Abiotischer Abbau (Hydrolyse, Photolyse, Photooxidation)
Hier können Angaben zur Hydrolyse und zum Photoabbau im Wasser (bei flüchtigen Stoffen zum
photooxidativen Abbau in der Luft) erfolgen.
Biologischer Abbau / Elimination
Stoffe und Zubereitungen bei denen zur biologischen Abbaubarkeit rechtliche Mindestanforderungen
bestehen (z. B. Tenside), sind entsprechend zu bewerten.
Eine Abschätzung der „Mobilität“ kann unter Berücksichtigung des Dampfdrucks, des
Verteilungskoeffizienten n-Octanol / Wasser, der Wasserlöslichkeit und des Adsorptions-
/Desorptionsverhaltens des chemischen Stoffs bzw. der einzelnen Komponenten eines Erzeugnisses
erfolgen.
Zum „Bioakkumulationspotential“ oder zur Bioakkumulation sind Angaben für chemische Stoffe
erforderlich (z. B. in Form des Biokonzentrationsfaktors BCF). Sofern Hinweise auf eine Gefährdung
durch Biomagnifikation vorliegen, sind diese ebenfalls anzugeben. Das Bioakkumulationspotential kann
aus dem Verteilungskoeffizienten n-Octanol / Wasser (log Pow), der Oberflächenspannung und dem
Adsorptionsverhalten abgeleitet werden. Dieses gilt auch für als „umweltgefährlich“ einzustufende
Einzelkomponenten bei Erzeugnissen. Bei nicht oberflächenaktiven Stoffen (σ > 50 mN/m bei einer
Konzentration ≤ 1 g/l), deren log Pow < 3 ist und die keine starke Adsorption aufweisen, kann hier eine
Aussage wie „Kein Hinweis auf Bioakkumulationspotential“ vorgenommen werden. Es ist zu
berücksichtigen, dass bestimmte Stoffklassen (z. B. dissoziierte Säuren oder Basen, Salze, ionische
Tenside) für eine Bestimmung ihres Verteilungsverhaltens im System n-Octanol / Wasser nicht geeignet
sind.
Ökotoxizität: Hier sind Daten zur Toxizität gegenüber aquatischen Organismen (Fisch, Daphnie, Alge),
Bodenorganismen, Pflanzen und Tieren mit Versuchsdauer und Testmethode anzugeben.
Zu: 13. Hinweise zur Entsorgung
1. Besteht bei der Entsorgung eines Stoffs oder eines Erzeugnisses (Restmengen
oder Abfälle aus der planmässigen Verwendung) die Gefahr, dass es bei
unsachgemässer Behandlung zu schädlichen oder lästigen Einwirkungen
kommen kann, müssen die Rückstände genannt und Hinweise für ihre sichere
Handhabung gegeben werden.
2. Anzugeben sind die geeigneten Entsorgungsverfahren für den Stoff oder das
Erzeugnis sowie für verunreinigtes Verpackungsmaterial (stoffliche Verwertung,
Verbrennung, Deponie usw.). Dabei sind die Bestimmungen der
Umweltschutzgesetzgebung zu beachten.
9 Die Wirkung von Strahlen
9.1 Kernaussagen zur Radioaktivität
• Radioaktivität ist die spontane Umwandlung von Atomkernen unter gleichzeitiger
Aussendung von Bestandteilen von Atomen, die als Alpha-, Betateilchen bezeichnet

108
werden oder von elektromagnetischen Strahlen, die man Gammastrahlen bzw.
Röntgenstrahlen nennt. Die Strahlung heisst ionisierende Strahlung weil sie bei
Elektronen aus den Hüllen der Atome herausschlagen kann und damit geladene
Teilchen,Ionen, erzeugt.
• Ein Zerfall pro Sekunde hat den Wert 1 Becquerel (1 Bq).
• Radioaktivität tritt auch natürlich auf, zum Beispiel auch bei Uranerzen.
• Diese Strahlung ist leicht messbar..
• Man kennt verschiedene Strahlenarten (z.B. α, β - ,β + ,γ- Strahlen) die für Radioaktivität
verantwortlich sind, verschiedene Quellen (Höhenstrahlung, Elemente) aber
auch unterschiedliche Energien.
• Selbst kleinste Mengen Radioaktivität lassen sich mit den ausserordentlich
empfindlichen Messgeräten nachweisen.
• Messungen von kleinen Dosisleistungen geben immer unterschiedliche Werte, sie
lassen sich nur mithilfe der Statistik auswerten. Interpretierbare Resultate ergeben
sich nur bei einer grossen Zahl oder bei sehr langzeitigen Messungen.
• Es gibt natürlicherweise Orte mit sehr tiefer, aber auch solche mit sehr hoher
Aktivität.
• Die Strahlenexpositionen durch natürliche Radioaktivität streuen je nach
Zeit, Ort, Umgebungsbedingungen und Verhalten auch im Kanton St.
Gallen recht stark.
• Ionisierende Strahlen spürt man nicht, ebenso wenig, wie die UV- Strahlen, die den
Sonnenbrand verursachen.
• Kleider halten Gammastrahlen nicht ab.
• Ein Körper, der ionisierenden Strahlen ausgesetzt war, ist nachher selbst nicht
radioaktiv (mit Ausnahme von Neutronen).
• Unser Körper kann durch natürliche Radioaktivität von aussen oder von innen
bestrahlt werden. Beides können wir bis zu einem gewissen Mass nicht vermeiden.
• Unser Körper enthält natürlicherweise radioaktive Stoffe. In einem Menschen von 70
kg zerfallen pro Sekunde rund 20'000 Atome (20 kBq).
• Von ein und demselben Element gibt es nichtradioaktive (stabile) und radioaktive
Vertreter (instabile Isotope). Unser Körper, aber auch Pflanzen und Tiere können
diese im Stoffwechsel fast nicht unterscheiden.
• Die Evolution des Lebens hat im Strahlungsfeld der natürlichen Radioaktivität
stattgefunden. Es ist anzunehmen, dass sich die Lebewesen an unterschiedliche
Strahlenexpositionen angepasst oder diese sogar ausgenützt haben (genetische
Mutationen).
• Die wichtigsten Strahlenschäden bei grösseren Dosen werden durch Protein- nicht
durch DNA-Schäden verursacht 75.
9.2 Auswirkungen auf den Menschen
Uran macht etwa einen Drittel der gesamten terrestrischen Strahlung (Kalium, Thorium
und Uran) aus. Das entspricht einer effektiven Dosis von ungefähr 0.15 mSv pro Jahr,
was etwa 4% der mittleren Jahresdosis von Schweizerinnen und Schweizern
entspricht.
Der menschliche Organismus enthält selbst stets eine kleine Menge Uran, welche eine
Aktivität von durchschnittlich 7 mBq/kg erzeugt (bei einem Menschen von 70 kg im
Durchschnitt also etwa alle 2 Sekunden ein Zerfall) 76.
75 Daly J.M. et al., Protein Oxidation Implicated as the Primary Determinant of Bacterial Radioresistance,
PLoS Biol 5(4): e92 doi:10.1371/journal.pbio.0050092
Chemie Bützer

9.2.1 Ortsdosisleistung
109
Als Ortsdosisleistung wird die Aktivität pro Zeit an einem Ort verstanden.
Einheit für übliche Werte: nSv/h oder 1000 mal grösser: μSv/h
Bisherige gesamtschweizerische Messungen der Ortsdosisleistungen und der Gehalte
an natürlichen radioaktiven Stoffen in Nahrungsmitteln und Trinkwasser zeigen,
dass der Kanton St. Gallen keine besondere Stellung einnimmt. Die mittleren Werte, der
an einem Ort direkt messbaren Strahlung, liegen bei 60 bis 80 nSv/h 77. Vor allem weist
der Kanton, wie die Radonmessungen von 1996 gezeigt haben, keine grösseren
Gebiete auf, die eine überhöhte Radioaktivität zeigen.
Was sagen aber Mittelwerte aus, wie sind sie für einzelne Personen zu interpretieren?
Irgendwie steht immer auch die Frage im Raum: „Ist diese natürliche Strahlung
gefährlich?“
Eine endgültige Antwort darauf ist uns nicht möglich. Sicher ist, dass sich der Mensch
in seiner ganzen Evolution zusammen mit der natürlichen Radioaktivität entwickelt
hat. Es ist somit anzunehmen, dass sich das Leben auf diese Strahlung eingestellt
hat. Im Kanton St. Gallen schwankt die Ortsdosisleistung zwischen 60 und 80
nS/h, die höchsten Werte im Kanton wurden auf dem Risetengrat im Weistannental mit
ca. 1800 nS/h gemessen.
Aus vielen Messungen wissen wir: Die Ortsdosisleistungen sind über die Zeit gesehen
nicht konstant. Die Stundenmittelwerte variieren besonders stark bei Niederschlägen -
über 100%!!.
Die Höhenstrahlung liefert ebenfalls einen nicht zu unterschätzenden Beitrag. Diese
Dosisleistung nimmt wegen der Abnahme der Luftschichtdicke mit zunehmenden Höhe
ab (Strahlenbelastung durch Fliegen!!).
MikroSievert/h
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
y = 0.0002x - 0.1749
R 2 = 0.9754
1200 1400 1600 1800 2000 2200
Höhe über Meer
Abbildung 86: Zunahme der Höhenstrahlung im Weisstannental; Dosisleistung (μSv/h) in Funktion
der Höhe über Meer (die Grundwerte sind gegenüber den Normalwerten erhöht)
76 Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra), Nagra informiert Nr. 25,
Nagra, Wettingen 1995, S.61ff.
77 Nationale Alarmzentrale, Zürich, Übung NARACH, 31.8. bis 3..9.1992
Chemie Bützer

110
Beurteilung der Gefährdung: Faustregel
kBq klein
MBq mässig
GBq giftig
TBq tödlich
9.2.2 Interne Bestrahlung
Die inkorporierten Radionuklide sind insofern besonders bedeutsam, weil sie dauernd
bestrahlen und die Distanz zum bestrahlten Gewebe ausserordentlich klein ist (interne
Bestrahlung). Daher sind hier grosse Schäden möglich.
Gehen wir davon aus, dass Stoffe im Körper abgebaut und gleichzeitig auch
ausgeschieden werden. Es existieren damit in diesem einfachen Modell zwei Wege,
wie ein Stoff aus dem Körper entfernt werden kann. Bei einem Medikament hängt
die Wirkungsdauer ganz entscheidend von den zwei Prozessen Metabolisierung
und Elimination (Ausscheidung) ab, aber auch bei Giften sind diese beiden
Abbauwege von grosser Bedeutung.
Ein einfaches Modell für gleichzeitigen Abbau sieht wie folgt aus:
Substanz → λm, Tm → m (Metabolisierung, Zerfall)
→ λe, Te → e (Elimination)
λm: Zerfallskonst. Metabolisierung [1/sec] (chemisch km: Geschwindigkeitskonstante)
λe: Zerfallskonst. Elimination [1/sec] (chemisch ke: Geschwindigkeitskonstante)
Tm, Ta: Halbwertszeit: Tm = ln2/ λm resp. Te = ln2/ λe) [sec]
Allgemein gilt : λ(eff) = λa + λb + λc + ... + λn
und für die partiellen Halbwertszeiten:
1/Teff = 1/Ta + 1/Tb + 1/Tc +....+ 1/Tn
Teff : effektiv beobachtete Halbwertszeit des gesamten Prozesses und für unseren
einfachen Fall eines dualen Abbaus:
1/Teff = 1/Tm + 1/Te
Tm • Te
Teff =
Tm + Te
Beispiel: Verminderung der Strahlenbelastung durch Einsatz von nichtradioaktiven
Stoffen.
Caesium-137: Physikalische Halbwertszeit Tm = 30 Jahre
Ausscheidung von Caesium durch die Kuh über die Milch:
Teff = 15 - 30 Tage = 0.041 - 0.082 Jahre
damit wird Te = 15 - 30 Tage = 0.041 - 0.082 Jahre
Te : biologische Halbwertszeit
Ausscheidung von Cs-137 bei der Kuh über das Fleisch: Teff = 30 Tage
bei Ziege und Schaf: Teff = 20 Tage
d.h. bei der Kuh, der Ziege und dem Schaf wird die Ausscheidung von Caesium
massgeblich nicht durch den radioaktiven Zerfall, sondern durch die biologische
Chemie Bützer

Chemie Bützer
111
Ausscheidung bestimmt. Wird nun dem Futter pro Tag zwei mal ca. 1.5 Gramm
Ammoniumeisen(III)-hexacyanoferrat NH4Fe(Fe(CN)6) (Giese- Salz) zugemischt, dann
wird das Caesiumion durch das fast gleich grosse Ammoniumion in einem Ionentausch
ersetzt. Die biologische Halbwertszeit bei einer Kuh sinkt mit diesem Salz von
durchschnittlich 21 Tagen auf etwa 4 Tage, bei Schafen von 14 Tagen auf etwa 3 Tage.
Damit sinkt auch die Strahlenbelastung der Tiere, im Fleisch von Kühen wird noch etwa
22% der normalen Caesiumkonzentration gefunden, und selbstverständlich auch die
Konzentration der radioaktiven Nuklide in der Milch. Der im Magen gebildete
schwerlösliche Caesiumkomplex ist gegen Säuren, Verdauungssekrete und
Mikroorganismen stabil und wird mit dem Kot ausgeschieden - das nächste Entsorgungsproblem
ergibt sich leider zwangsläufig...
Der Gras- Kuh- Milchpfad von Iod-131:
• Physikalische Halbwertszeit Tm = 8 Tage
• Effektive Halbwertszeit Tm = 4 Tage (Gras)
• Biologische Halbwertszeit Te = 8 Tage (Gras)
• Effektive Halbwertszeit Teff = 1 Tag (Kuhmilch)
• Biologische Halbwertszeit Te = 1.14 Tage (Kuhmilch)
Folgerung:
• Wird ein Stoff über zwei Wege gleichzeitig inaktiviert, dann kann ein einfaches
Modell für die Beurteilung eingesetzt werden.
• Die Halbwertszeiten für beide Wege sind kommutativ.
• Unterscheiden sich die beiden Halbwertszeiten sehr stark, dann ist kleinere
massgebend für die Beurteilung.
• Wenn sich die beiden Halbwertszeiten kaum unterscheiden, kann im günstigsten
Fall für den effektiven Prozess die Hälfte der Halbwertszeit erwartet werden.
9.2.3 Molekulare Effekte
Beispiel: Spaltung von Sauerstoff O2, O=O
Mit welcher Wellenlänge von Licht kann Sauerstoff gespalten werden?
Bindungsenergie von O=O: 495 kJ/mol = 495'000 J/mol
Pro Molekül: 495’000/NA = 495’000/6,022 x 10 23 = 8,25 x 10 -19 J
E = h x ν; h = 6.625 x 10 -34 Js (Planck’sches Wirkungsquantum)
c = ν x λ; c = 3 x 10 8 m/s; E = h x c/λ;
λ = h x c/E = 6.625 x 10 -34 x 3 x 10 8 /8,25 x 10 19 = 2.5 x 10 -7 m = 250 nm (UV-Strahlen)
Die Wellenlänge muss kleiner als 250 nm sein.
UV-A: 400–320 nm, UV-B: 320–280 nm, UV-C: 280–200 nm;
Ionisierende Strahlung ist eine wesentliche Ursache für Krebserkrankungen. Strahlung
bewirkt DNA-Veränderungen wie Chromosomenbrüche und Transpositionen, d. h.,
abgespaltene Chromosomenenden werden ausgetauscht. Strahlung ist ein Auslöser
der Carcinogenese. Sie ruft Veränderungen hervor, die nach einer Latenzzeit von
einigen Jahren zu Krebs führen können. Diese Verzögerung ermöglicht weiteren
Faktoren, zu diesem Prozess beizutragen. Ionisierende Strahlung ist vergleichsweise
sehr wirksam.

112
Tabelle 36: Verschiedene Wirkungen der Inaktivierung im Vergleich (KBV
Koloniebildungsvermögen von Escherichia Coli-Bakterien) 78
Agens Dosis um das KBV auf
37 % zu reduzieren
Strahlungsenergie
Gammastrahlen +
Sauerstoff
20 Gy (Gray) = 20 J/kg
(Energie-)Dosis der
Strahlungsabsorption
Energieäquivalent
pro Zelle (nJ)
0,000 000 04
Ultraviolett (260 nm) 0,000005 (J/mm 2 ), 10% absorbiert 0,000 000 1
Wärmeenergie
Hitze (70 °C) 1 Minute 0,02
Chemische Energie
Cyanid (CN - ) 300 000 000 000 Moleküle pro Zelle 0,05
Wasserstoffperoxid 30 000 000 000 Moleküle pro Zelle 0,005
Mitomycin C 500 000 000 Moleküle pro Zelle 0.0001
Die ionisierenden Strahlen sind mit Abstand die Wirkungsvollsten, sie benötigen am
wenigsten Energie um die Zellen zu inaktivieren. Alle Wirkungen spielen sich letztlich
auf molekularer Ebene ab und können mit chemischen Reaktionen erklärt werden. Was
sich auch immer abspielt, es werden Bindungen gebrochen und neue Bindungen
gebildet. In einem intakten Stoffwechsel werden die richtigen Substanzen zur rechten
Zeit am richtigen Ort gebildet. Das ist bei einer Einwirkung von aussen nicht mehr der
Fall – das führt zu Schäden.
Nichtionisierende Strahlen:
Hierzu gehören vor allem: UV, Mikrowellen etc.
Es gilt hier das Gesetz von Bunsen-Roscoe 79: „Die photochemische Wirkung von Licht
hängt nur von dessen Dosis (Intensität mal Zeit), jedoch nicht alleine von der Internsität
ab.“
9.3 Das Krebsrisiko
Der Mensch besitzt etwa 100 000 000 000 Zellen, und ein Minimum an Wirkung ist ab
etwa 500 - 1000 Molekülen pro Zelle zu erwarten. Damit ist eine minimale Dosis von 10
000 000 000 000 000 Molekülen oder 0.000 001 mol ein Richtwert. Für die Wirkung von
Molekülen ist von entscheidender Bedeutung, dass die thermodynamische Temperatur
in Kelvin, also absolut, massgebend ist. Damit hat die normale Körpertemperatur den
Wert von 273+37 = 310 K, also eine relativ hohe Temperatur. Für die chemische
Wirkung kann also bei normaler Körpertemperatur von 37°C schon von einer hohen
Aktivierungsenergie und von einer hohen "Betriebstemperatur" ausgegangen werden.
Man nimmt an, dass auf 100'000 Personen, die mit einer Dosis von 10 mSv bestrahlt
werden, zusätzlich 50 tödliche Krebsfälle auftreten 80.
Da es keine belegbaren Gründe gegen die Annahme gibt, dass im schlimmsten Falle
ein einziges Molekül zu Krebs führen kann, lässt sich kein praktisch brauchbarer "no
observed adverse effect level" (NOAEL) im üblichen Sinne postulieren (ist kaum
78 Fritz-Niggli H., Strahlengefährdung, Strahlenschutz, Verlag Hans Huber, Bern/Stuttgart/Wien, 1975,
63
79 Schmidt W., Die Biophysik des Farbensehens, Edition Farbe beim Regenbogen Verlag (1999) 107
80 BAG, Radioaktivität und Stralenschutz, Bern (1999) S.18
Chemie Bützer

113
beweisbar!). Obschon es möglich ist, tumorinitiierende Stoffe in Industrie, Haushalt und
Landwirtschaft zu verbieten, sind wir trotzdem solchen Stoffen in der Umwelt
ausgesetzt, z.B. Nitrosaminen und Aflatoxinen. In solchen Fällen versucht man die
Anzahl zusätzlicher Krebserkrankungen (z.B. pro 1'000'000 Menschen in 70 Jahren) zu
berechnen, die bei einer bestimmten Exposition auftreten. Fraglich ist dann noch, was
als akzeptables Risiko zu gelten hat. Als Massstab werden dabei Risiken herangezogen,
die wir im täglichen Leben ohne weiteres akzeptieren (vide supra). Danach kann
ein zusätzlicher Krebstodesfall pro 106 Menschenleben à 70 Jahre als akzeptabel
gelten (für wen?). Auf Grund solcher Überlegungen wurde z.B. für Aflatoxine eine
Toleranz von < 5 ppb in Milch festgelegt (Deutschland).
Im Strahlenschutz gilt das sogenannte ALARA-Prinzip: "As Low As Reasonably
Achievable".
Man kennt nicht nur die ionisierenden Strahlen, sondern auch solche, welche keine
Bindungen spalten können, sogenannte nichtionisierende Strahlen NIR (non ionizing
radiation). Dazu gehören z.B.: Schall, Ultraschall, Infrarot, Mikrowellen (Handy),
Radiowellen, elektromagnetische Wechselfelder etc.
10 Überblick
Dosis
therap. Breite
MAK, MIK, MEK, MOK
Konzentration x Zeit
Atemrate
aehnliche Stoffe
chirale Stoffe
Dosis
ED, LD, Kd
Stoechiometrie
a=1 -> ED(50)=Kd
Chemie Bützer
Reparatur
Dosis
Latenzzeit
a
Aufnahmedauer
Aufnahmezeitpunkt
akut
chronisch
Spezifitaet
Wirksamkeit
Empfindlichkeit
CARCINOGENITAET
GEFAEHRDUNG
ZEIT
DOSIS
BINDUNG
WIRKSTOFFE
GRUNDSATZ
VORKOMMEN
WIRKUNG
MODELLE
PHYSIOLOGIE
Allein die Dosis
macht, dass etwas
ein Gift ist.
Natur
Natur und Synthese
Synthese
Aufnahme, Resorption
Verteilung
Speicherung
Wirkort (Rezeptor)
Abbau
Umbau
Zugang zum Rezeptor
Bindung
Ausscheidung, HWZ
Ausloesung der Wirkung
Occupationstheorie
ct-Produkt (Haber'sche Regel)
Saeure
Base
Dissoziation
pH
Volumen
Konzentration
Rezeptor Gleichgewicht
log-Dosis-Wirkungskurve
Sigmoide
relativer Effekt
Atemrate
Schwellwert

11 Glossar
Chemie Bützer
114
• Abhängigkeit ist ein Überbegriff, der sich in � Gewohnheitsbildung und � Sucht
unterteilen lässt. Der Übergang zwischen den beiden ist fliessend.
• Adaption: Anpassung von Organen oder Organismen an bestimmte äussere Reize
oder Bedingungen.
• ADI ( Acceptable Daily Intake = annehmbare (duldbare) tägliche Aufnahme): Die
tägliche Aufnahme während des ganzen Lebens, die nach dem Stand allen
verfügbaren Wissens kein erkennbares Risiko darstellt. Er ergibt sich aus der in
langfristigen Tierversuchen (chronische Dosis) ermittelten Dosis, bei der kein
erkennbarer Effekt – auch nicht bei den Nachkommen – eintritt (NEL: No Effect
Level oder NOEL). ADI ≈ NOEL/100. Der Faktor 100 ist ein Sicherheitsfaktor; Faktor
10 für die Übertrageun Tier-Mansch, Faktor 10 als Sicherheitsfaktor. Im Allgemeinen
liegen die Fremdstoff-, Pflanzenschutzmittel- und Schädlingsbekämpfungsmittel-
Höchstmengen unter den ADI-Werten. Für den Menschen zulässige tägliche
Aufnahme eines Fremdstoffes, höchste duldbare Tagesdosis.
• Aerosol: Ein Gas (oder Gasgemisch), das feinstverteilte, feste oder flüssige
Bestandteile enthält. Optimal lungengängige Teilchen haben etwa einen
Durchmesser von 1 – 5 μm.
• Agonist: Substanz, die wie ein physiologischer Mediator einen Rezeptor aktivieren
kann.
• AGW: Der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) ist die zeitlich gewichtete durchschnittliche
Konzentration eines Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz, bei der eine akute oder
chronische Schädigung der Gesundheit der Beschäftigten nicht zu erwarten ist. Bei
der Festlegung wird von einer in der Regel achtstündigen Exposition an fünf Tagen
in der Woche während der Lebensarbeitszeit ausgegangen. Der
Arbeitsplatzgrenzwert wird in mg/m³ und ml/m³ (ppm) angegeben.
• Akkumulation: Anreicherung (Kumulation) einer Substanz im Organismus.
• akute Toxizität : Toxizität einer Einzeldosis, - die schädliche Wirkung tritt bereits
nach einmaliger Verabreichung der toxischen Substanz auf. Beobachtungszeitraum
max. 2 Wochen, normal 5 Tage, Angabe z.B. LD(50).
• Allergie: Überempfindlichkeitsreaktion des Organismus auf einen wiederholt
angetroffenen Stoff (=Antigene wie Proteine, Polysaccharide oder einfache
chemische Stoffe). Allergie bei Vereinigung des allergenen Stoffes mit dem
spezifischen, meist zellgebundenen Antikörper, äussert sich in entzündlichen
Reaktionen (Hautekzem, Heuschnupfen, Nesselfieber usw.) siehe auch
Idiosynkrasie.
• Antagonismus (lateinisch: Gegensatz, Widerstreit): Gegenteil von Synergismus.
• analgetisch: schmerzlindernd
• Antidote sind im engeren Sinn Stoffe, welche bereits resorbierte Gifte inaktivieren,
d.h. entweder a) durch pharmakologische Effekte die Wirkung am Rezeptor oder
Organsystem aufheben oder doch vermieden werden, oder b) durch direkte und
indirekte chemische Reaktion den Giftstoff inaktivieren.
• antiphlogistisch: entzündungshemmend
• antipyretisch: fiebersenkend
• antirheumatisch: gegen Rheumatismus
• antithromotisch: verhindert die Blutplättchenaggregation
• Atemrate : das pro Zeiteinheit benötigte Luftvolumen bei der Atmung.
• BAT-Wert: Biologischer Arbeitsstoff-Toleranzwert. Die beim Menschen
höchstzulässige Menge eines Arbeitsstoffs bzw. dessen Metaboliten im Organismus,
die die Gesundheit des Exponierten nicht beeinträchtigen.

115
• BGW: Grenzwert für die toxikologisch-arbeitsmedizinisch abgeleitete Konzentration
eines Stoffes, eines seines Metaboliten oder eines Beanspruchungsindikators im
entsprechenden biologischen Material, bei dem im Allgemeinen die Gesundheit
eines Beschäftigten nicht beeinträchtigt wird.
• Biotransformation, Metabolismus, Metabolisierung, Stoffwechsel
(biotransformation, metabolism) Unter Biotransformation ist die durch Enzyme
katalysierte chemische Umwandlung von Arzneimitteln oder anderen Xenobiotika in
eine andere Molekülart zu verstehen. Heute empfehlen viele Fachleute, statt
«Metabolismus» bei Arzneimitteln den Begriff «Biotransformation» einzusetzen und
den Ausdruck «Metabolismus» für Stoffwechselvorgänge zu reservieren, die mit der
Ernährung zu tun haben. Die Leber ist das zentrale Organ für die Biotransformation
von Arzneimitteln. Man unterscheidet zwei Phasen: in der Phase I finden
Veränderungen (Oxidation, Reduktion, Hydrolyse) statt, die funktionelle Gruppen am
Arzneimittelmolekül freilegen. Diese Biotransformations-Produkte - Metaboliten -
sind meistens weniger aktiv oder ganz inaktiv, können aber auch aktiver als die
Ausgangssubstanz sein. In der Phase II werden Konjugate (z.B. mit Glukuronsäure)
gebildet, die in der Regel inaktiv sind und gut ausgeschieden werden können.
• Bioverfügbarkeit, Biologische Verfügbarkeit, systemische Verfügbarkeit
(bioavailability) Die Bioverfügbarkeit entspricht dem Prozentsatz einer extravaskulär
(z.B. oral) verabreichten Dosis, der den Systemkreislauf erreicht. Die Bestimmung
dieser Grösse erfolgt (soweit möglich) durch den Vergleich mit der gleichen, aber
intravenös verabreichten Dosis. Verglichen wird die Fläche unter der
Konzentrations-Zeit-Kurve. Werden zwei nicht intravenös verabreichte Präparate
(Standard und Test) miteinander verglichen, so bestimmt man die relative
Bioverfügbarkeit des Testpräparates.
• Blut-Hirn-Schranke (blood-brain barrier): Die Zellen und Flüssigkeits-(Liquor)räume
des Zentralnervensystems werden vom Blutraum durch eine "Barriere" getrennt.
Diese Schranke wird durch eine besondere Beschaffenheit und Funktionsweise der
Kapillaren gebildet. Diese besitzen nur wenige oder gar keine Poren, welche den
Durchtritt wasserlöslicher Stoffe erlauben. Stark ionisierte und polare Stoffe (Säuren,
quaternäre Ammoniumverbindungen) können somit keine oder nur geringe Wirkung
am Zentralnervensystem entfalten und sind, falls es sich um Gifte handelt, vergleichsweise
wenig toxisch. Ionisierungsgrad und Lipidlöslichkeit des Moleküls
spielen dabei eine wichtige Rolle. Die Blut-Hirn-Schranke ist aber nicht
unüberwindlich. Bei Überdosierung und entzündlichen Veränderungen der Meningen
können auch Medikamente in den Liquor penetrieren, die dies normalerweise nicht
tun.
• brandfördernd : Brandfördernde Stoffe können brennbare Stoffe entzünden oder
ausgebrochene Brände fördern und somit die Brandbekämpfung
erschweren.
• Breite, therapeutische: Mass für die Gefährlichkeit eines Arzneimittels. Gibt an, wie
gross der Sicherheitsabstand zwischen der (erwünschten) pharmakologischen und
der (unerwünschten) eigentoxischen Wirkung ist. Häufig definiert als Quotient
zwischen mittlerer tödlicher und mittlerer wirksamer Dosis LD(50)/ED(50). Je
grösser die therapeutische Breite, desto sicherer das Medikament: kleine therapeutische
Breite: 2-4, mittlere: 4-10, grosse über 10.
• carcinogen: Krebserzeugend auch kanzerogen oder cancerogen
• chronische Toxizität: Ab 6 Monaten (6, 12, 18, 24 Monate). Tägliche
Verabreichung. Meist 3 verschiedene Dosierungen. Eine Dosis sollte eindeutig
Schadwirkung zeigen. Eine Dosis sollte bei Medikamenten der therapeutischen
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116
Dosis entsprechen. Eine Dosis sollte dazwischen liegen. In der Regel Tiere zweier
verschiedener Spezies.
• dermal: Aufnahme über die Haut (Salben, Gele, Sprays..).
• Distribution: Verteilung
• Dosen : LD(50) halbletale Dosis, die Hälfte der Versuchstiere sterben. LD(75) FD:
fatal dose für Gifte. LD(99) die sicher tödliche Dosis. ED(50) (Dosis effectiva)
Standard-Dosis für Effekt, Wirkung (erwünscht), WD(50) (Wirkungsdosis 50). Toleranzdosis:
höchstzulässige Dosis.
• Droge: Bezeichnung für Wirksubstanzen mit therapiewidrigen Eigenschaften �
Suchtmittel.
• Effekte : absolut : Mass für die kausal beobachtbare, spezifische Wirkung. relativ :
Mass für die kausal beobachtbare, spezifische Wirkung bezogen auf die maximal
mögliche Wirkung.
• Emission : Ausstoss von Schadstoffen an der Quelle.
• ED(50) : Effekt-Dosis für 50% Wirkung, z.B. bei Medikamenten oder 50% nichtletale
Wirkung bei Giften.
• Elimination: Entfernung von Wirkstoffen durch Metabolisierung zu inaktiven Stoffen
und/oder Ausscheidung.
• enteral: (von griech.: enteron = Darm). Bezeichnung für eine Applikationsform von
Nährstoffen und Medikamenten durch Magen und Darm; Gegensatz dazu:
parenteral, d.h. unter Umgehung von Magen und Darm.
• Erzeugnisse: Für bestimmte Verwendungen zusammengesetzte oder veränderte
Naturstoffe oder in bestimmte Form gebrachte Stoffe.
• explosiv : Dieses Symbol kennzeichnet Stoffe, die unter bestimmten Bedingungen
•
explodieren können.
Exposition: Kurz- oder langfristiger Kontakt mit einem Wirkstoff oder einer
Einwirkung.
• First-Pass-Effekt: Elimination einer Substanz aus dem Pfortaderblut beim ersten
Durchgang durch die Leber - oder Elimination durch die Mucosa im Darm.
• Flammpunkt: Die niedrigste Temperatur (bezogen auf einen Druck von 1013 mbar),
bei der sich in einem geschlossenen oder offenen tigel aus der Flüssigkeit Dämpfe
in solchen Mengen entwickeln, dass sich im Tigel ein durch Fremdzündung
entflammbares Dampf-Luft-Gemisch bildet.
• Flash: das blitzartige Aufleuchten als visuelle eventuell komplexe Illusion nach
Einnahme einer � Droge.
• Flashback: Plötzliches, überraschendes, unerwartetes Auftreten eines � Flash
lange nachdem die unmittelbare Wirkung abgeklungen ist.
• Gefahrenbezeichnungen
Gefahrenbezeichnung
Gefahrensymbol
sehr giftig giftig gesundheitsschädlich
Verschlucken (R-Satz) 28 25 22
LD(50) (Ratte oral)
[mg/kg]
≤25 >25–200 >200–2000
krit. Dosis (Ratte oral),
100% Überlebensrate,
jedoch offensichtliche
– 5 50
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Vergiftungserscheinungen
[mg/kg]
LD(50) (Ratte oral),
nach der Fest-Dosis-
Methode
[mg/kg]
Berührung mit der Haut
(R-Satz)
LD(50) (Ratte oder
Kaninchen dermal)
[mg/kg]
Chemie Bützer
117
– – 500
27 24 21
≤50 >50–400 >400–2000
Einatmen (R-Satz) 26 23 20
LC(50) (Ratte inhalativ)
für Aerosole od. Stäube
[mg/L/4 h]
LC(50) (Ratte inhalativ)
für Gase oder Dämpfe
[mg/L/4 h]
sonstige Gefahren
(R-Sätze)
≤0,25 >0,25–1 >1–5
≤0,5 >0,5–2 >2–20
39
ernste Gefahr
irreversiblen
Schadens
39
ernste Gefahr
irreversiblen
Schadens
48
Gefahr ernster
Gesundheits-
schäden bei
längerer
Exposition
40
irreversibler
Schaden
möglich
48
Gefahr ernster
Gesundheitsschäden
bei längerer Exposition
Weitere Gefahrensymbole:
Xi reizend; führen bei Berührung mit Haut oder Augen zu Entzündungen und reizen die
Atemwege.
C ätzend: zerstören Haut- und Körpergewebe, irreparable Augenschäden sind möglich.
• Gewerbliche Stoffe: Stoffe und Erzeugnisse, die für den gewerblichen oder
industriellen Gebrauch angepriesen werden.
• Gewohnheitsbildung ist die psychische, nicht zwanghafte Neigung eine � Droge
einzunehmen, und beinhaltet normalerweise keine Tendenz zur fortschreitenden
Dosissteigerung (� Toleranz). Körperliche Entzugssymptome finden sich meist
nicht.
• Gewöhnung: gesteigerte � Toleranz gegenüber der � Droge. Bei vielen Drogen
kommt es zu einer fortschreitenden (progredienten) Unempfindlichkeit
(Toleranzsteigerung) des Körpers, wodurch im Verlauf zur Erzielung desselben
Effekts die Dosis zunehmend gesteigert werden muss.
• Gifte: Stoffe, die im lebenden Organismus schon in verhältnismässig kleinen
Mengen Funktionsstörungen hervorrufen.
• Grundstoffe (unveränderte Naturstoffe, chemisch einheitliche Stoffe) oder einfache,
technische Stoffgemische, die nicht im Hinblick auf bestimmte Verwendungen
zusammengesetzt wurden.

118
• hochentzündlich : Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 0°C.
• Hormesis (griechisch: "Anregung, Anstoss", englisch: Adaptive Response) wird das
Phänomen genannt, dass vernünftig kleine Dosen 81 von Wirkstoffen den
umgekehrten oder einen anderen Effekt als grossen Dosen zeigen. Dieses
Verhalten kann mit den üblichen monotonen 82 Dosis-Wirkungs-Kurven 83 nicht
dargestellt werden.
• Idiosynkrasie: (griech.: idios = eigentümlich, synkrasis = Vermischung).
Bezeichnung für eine angeborene abnorme Überempfindlichkeit gegenüber
bestimmten Stoffen (Allergie).
• Immission: Substanzen am Ort ihres Einwirkens auf Mensch, Tier, Pflanze, Böden
und Sachgüter.
• Induktionszeit: Zeit bis Symptome oder Effekte ausgelöst werden (=Latenzzeit).
• Inhalation: Aufnahme durch die Atemorgane, über die Lunge (inhalativ).
• Inhibition: Von lateinisch: inhibere = anhalten, hindern abgeleitet, in Wissenschaft
und Technik Bezeichnung für die Hemmung oder vollständige Unterbindung der
verschiedenartigsten Vorgänge.
• irreversibel : nicht umkehrbar
• Kd: Dissoziationskonstante; Reziprokwert der chem. Gleichgewichtskonstante K
• Kompartiment (compartment): Abgeschlossener (theoretischer)Teil für das
betrachtete System, bei Wirkstoffen Teil des gesamten Verteilungsraumes, z.B. der
Magen, Darm, Blut etc.
• kompetitiv: konkurrierend z.B. mit der körpereigenen Substanz
• Kumulation (accumulation), kumulative Wirkung: Anhäufung, Anreicherung.
Substanzkumulation, wenn dem Organismus mehr zugeführt wird, als er eliminieren
kann, d.h. wenn sich ein Stoff bei täglicher einmaliger Zufuhr nichttoxischer Dosen
anreichert (z.B. Blei, Quecksilber, Cadmium usw.). Vergiftungsgefahr, sobald im
Körper eine toxische Konzentration erreicht wird, oder ein rascher Abbau erfolgt
(z.B. Fettabbau und DDT). Von der Substanzkumulation ist die Wirkkumulation zu
unterscheiden, bei welcher der Wirkstoff eliminiert wird, aber die ausgelösten
Veränderungen bestehen bleiben und bei jeder Zufuhr ausgeprägter werden (z.B.
carcinogene Stoffe, Cholinesterasehemmer usw.). Wird ein Medikament erneut
verabreicht, bevor die vorherige Dosis vollständig eliminiert ist, so kommt es zur
Kumulation, d.h. zu einer Zunahme der im Körper vorhandenen Substanzmenge, bis
nach einer gewissen Zeit ein Gleichgewicht zwischen Zufuhr und Elimination erreicht
wird. Die Zeit bis zum Gleichgewicht hängt von Plasmahalbwertszeit des
Medikamentes ab. Siehe: Fliessgleichgewicht. Die Höhe der Plasmakonzentration
im Fliessgleichgewicht (durchschnittlicher «steady-state»-Spiegel) ist parallel zum
Quotienten aus Dosisintervall und Plasmahalbwertszeit.
• Kurzzeitgrenzwerte: Die maximale Arbeitsplatzkonzentrationswerte sind 8-
Stunden-Mittelwerte. In der Praxis schwankt jedoch die aktuelle Konzentration der
Stoffe in der Atemluft häufig in erheblichem Ausmass. Die Überschreitung des
Mittelwertes bedarf bei vielen Stoffen der Begrenzung, um Gesundheitsschäden zu
verhüten. Basierend auf toxikologischen und arbeitshygienischen Kriterien werden
kurzzeitige Abweichungen der aktuell gemessenen Raumluftkonzentration über den
publizierten auf die Arbeitsschicht bezogenen Grenzwert des Arbeitsstoffes
hinsichtlich Höhe, Dauer und Häufigkeit pro Arbeitstag oder Schicht begrenzt. Die
81 Die Homöopathie verwendet „Giftstoffe“ in extrem verdünnter Form als Heilmittel gegen Krankheiten.
Dies ist im hormetischen Sinn nicht interpretierbar und eher einer Placebowirkung zuzuschreiben.
82 Die üblichen Dosis-Wirkungskurven sind als stetig steigende Kurven, monotone Kurven, entweder
linear oder S-förmig ansteigend (sigmoid).
83 Reichl F.X., Taschenatlas der Toxikologie, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 1997, S.8,9
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Chemie Bützer
119
Liste der MAK-Werte enthält in der besonderen Kolonne „Kurzzeitgrenzwerte“ die
jeweiligen so errechneten Grenzwerte. Der 8-Stunden-Mittelwert ist in jedem Falle
einzuhalten. Bei starken Reizstoffen kann durch kurzzeitige Konzentrationsspitzen
die Wirkungsschwelle überschritten werden.
• Latenzzeit: Der Zeitraum zwischen Giftzufuhr und feststellbarer Wirkung (=
Induktionszeit).
• LC (letal concentration) die für Menschen innerhalb einer beliebigen Expositionszeit,
für Tiere innerhalb längstens 8 Stunden tödlich wirkende Konzentration.
• LC(50) - Wert für die akute Giftigkeit beim Einatmen. Diejenige Konzentration von
Dampf, Nebel oder Staub, die bei kontinuierlichem Einatmen während einer Stunde
durch eine Gruppe von jungen, weissen, erwachsenen, männlichen und weiblichen
Ratten mit einer Lebendmasse von 200 bis 300 Gramm mit der grössten
Erfolgsaussicht den Tod der Hälfte der Tiergruppe innerhalb von 14 Tagen
herbeiführt. Wenn der Stoff den Tieren in Form von Staub oder Nebel verabreicht
wird, müssen mehr als 90% der Partikel, denen die Tiere ausgesetzt sind, einen
Durchmesser von 10 μm oder weniger aufweisen, vorausgesetzt, dass es nicht
unwahrscheinlich ist, dass ein Mensch während der Beförderung einer solchen
ausgesetzt sein kann. Das Ergebnis wird in mg je Liter Luft für den Staub und Nebel
und in ml je m 3 Luft (ppm) für den Dampf ausgedrückt. Die Kriterien für die Giftigkeit
beim Einatmen von Stäuben oder Nebeln beruhen auf LC(50)-Werten, bei einer
Versuchsdauer von einer Stunde, und wenn solche Daten vorhanden sind, müssen
sie auch verwendet werden. Wenn jedoch nur LC(50)-Werte bei einer
Versuchsdauer von 4 Stunden erhältlich sind, können diese auch verwendet
werden. Sie können mit 4 multipliziert werden und das Resultat kann dann mit den in
der Tabelle angegebenen Werten verglichen werden. Mit anderen Worten: LC(50)
(Versuchsdauer 4 Stunden) x 4 wird als äquivalent angesehen einer LC(50)
(Versuchsdauer 1 Std.)
• LD = Letaldosis - Diejenige Dosis einer Substanz, die zum Tode des Individiums
führt.
• LD(50) - Die im Tierversuch einmalig verabreichte Dosis (akute Toxizität), die bei
der Hälfte der Tiere den Tod innerhalb 5 Tagen verursacht. Die LD(50) ist abhängig
von der Art der Verabreichung der Testsubstanz und der Tierart. z.B. LD(50) oral
(Aufnahme via Mund), z.B. Ratte; LD(50) intravenös (Injektion in Vene), z.B. Hund;
LD(50) intraperitoneal (Injektion in Bauchhöhle; LD(50) dermal (Aufnahme via Haut).
• leichtentzündlich : Stoffe, die sich bei gewöhnlicher Temperatur an der Luft ohne
Energiezufuhr erhitzen und schliesslich entzünden können, oder die durch
kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden können und nach
deren Entfernung weiterbrennen oder weiterglimmen; – flüssige Stoffe, die einen
Flammpunkt unter 21° C haben, aber nicht hochentzündlich sind; – Gase bzw.
verflüssigte Gase, die bei Normaldruck mit Luft einen Zündbereich haben; – Stoffe,
die bei Berührung mit Wasser oder mit feuchter Luft leicht entzündliche Gase in
gefährlicher Menge (mindestens 1 L pro kg und h) entwickeln.
• letal : tödlich
• limbisches System: Einige Teile von Thalamus, Hypothalamus, Hippocampus,
Mandelkern, Schweifkern, Septum cervicale und Mittelhirn bilden zusammen eine
Funktionseinheit des Gehirns, die man als limbisches System bezeichnet. Diese
Strukturen sind in besonderer Weise über Nervenfasern verknüpft und steuern viele
Aspekte des Verhaltens, so z. B. Gefühlsausdruck, epileptische Anfälle sowie die
Speicherung und den Abruf von Erinnerungen.
• Lineare Kinetik, Kinetik erster Ordnung (linear kinetics, first order kinetics).
Verschiedene kinetische Vorgänge imitieren monomolekulare Reaktionen, die
gemäss dem Massenwirkungsgesetz proportional der Konzentration des

Chemie Bützer
120
Ausgangsmoleküls verlaufen. Eine lineare Eliminationskinetik ist vorhanden, wenn
die Geschwindigkeit der Konzentrationsänderung direkt proportional der
Konzentration des noch unveränderten Arzneimittels ist. Substanzen, deren
Elimination so erfolgt, haben eine «Halbwertszeit».
• LOAEL: Lowest observed adverse effect level. Die niedrigste Dosis eines
verabreichten chemischen Stoffes, bei der eine toxische Wirkung im Tierexperiment
nachgewiesen wurde.
• Lungenödem: Eine akute oder chronische Durchtränkung der Lunge mit einem
Luftbläschen-durchsetzten, zunächst zellfreien, wässrigen, später Leuko- und
Erythrozyten und Alveolardeckzellen enthaltenden gallertartigen Transsudat in
Alveolarräumen, kleinen Bronchien und im Interstitium. Symptome: Unruhe,
Angstgefühl, Zyanose, feuchte Rasselgeräusche mit Trachealrasseln (»Kochen auf
der Brust«), dünnflüssiger, blutig-schaumiger Auswurf.
• MAC: Abkürzung für: Minimale Alveoläre Concentration, die alveoläre Konzentration
eines Inhalationsnarkotikums, bei der 50% aller Patienten auf den chirurgischen
Hautschnitt nicht mehr mit einer Abwehrbewegung reagieren. Die MAC ist ein
direktes Mass für die Wirkungsstärke eines Anästhetikums. Sie wird in Prozent einer
Atmosphäre angegeben, wobei sie je nach Kombination mit der O2-Konzentration
schwankt. Englisch: MAC (minimal alveolar concentration).
AC-Werte von Inhalationsanästhetika in absteigender Wirkungsstärke:
MAC-Werte (% atm)
Inhalationsanästhetikum
100% O2 mit 70% N2O
Methoxyfluran (H3C-O-CF2-CHCl2) 0,16 0,07
Halothan (F3C-CHBrCl) 0,75 0,29
Isofluran (CF3-(CHCl)-OCHF2) 1,15 0,50
Enfluran (CF3-O-CF2-CHClF) 1,68 0,57
N20 110 -
• MAK: maximale Arbeitsplatzkonzentration. Der Maximale Arbeitskonzentrationswert
(MAK-Wert) ist diejenige Durchschnittskonzentration eines gas-, dampf- oder
staubförmigen Arbeitsstoffes in der Luft, die nach derzeitiger Kenntnis in der Regel
bei Einwirkung während der Arbeitszeit von 8 Stunden täglich und bis 42 Stunden
pro Woche auch über längere Perioden bei der ganz stark überwiegenden Zahl der
gesunden, am Arbeitsplatz Beschäftigten die Gesundheit nicht gefährdet. Besonders
empfindliche oder in ihrer Gesundheit beeinträchtigte Personen können auch durch
tiefere Konzentrationen gefährdet werden. MAK ppm = MAK ml/m 3 = 24.06 x MAK
mg/m 3 / Molmasse MAK mg/m 3 = MAK ppm x Molmasse / 24.06. 24.06 l =
Molvolumen bei 20°C (293 K) und 760 Torr (1013.25 mbar, 101'325 Pa). Dem MAK-
Wert im geschlossenen Raum steht der MIK-Wert im Freien gegenüber.
� Mediator: Second messenger (zweiter Bote) sind intrazelluläre Botensubstanzen,
die nach Bindung eines extrazellulären Botenstoffs (Neurotransmitter, Hormon oder
Wachstumsfaktor – „erster Bote“) an einen Rezeptor der Zellmembran oder nach
Aktivierung desselben durch Licht usw. eine Konzentrations-Änderung erfährt und
dadurch spezifische Reaktionen auslöst (z. B. Abbau von Glykogen, Sekretion von
Hormonen, Hyperpolarisierung der Zellmembran). Damit dient der second
messenger der Weiterleitung eines externen chemischen/physikalischen Signals
innerhalb der Zelle. Beispiele sind: Adenosin-3',5'-monophosphat (cAMP),
Arachidonsäure, Calcium-Ionen, Diacylglycerine, Guanosin-3',5'-monophosphat, Dmyo-Inosit-1,4,5-trisphosphat
(IP3), Jasmonsäure und andere.
• MEK: maximale Emmissionskonzentration.
• Metabolismus: Stoffwechsel

Chemie Bützer
121
• MIK: maximale Immissionskonzentration; MIK-Wert (Maximale Immissions-
Konzentration) Die maximale Immissions-Konzentration ist diejenige Konzentration
eines luftverunreinigenden Stoffes, die bodennah im Freien ausserhalb der
Emissionsquelle für Mensch und Tier oder Pflanze bei dauernder Einwirkung als
unbedenklich ist. Bei Stäuben wird der MIK-Wert als Niederschlag in g/m 2 pro Tag
angegeben (Erste Näherung: MIK ≈ MAK/20)
• MLD (minimal letal dose; daneben auch D.I.m.: Dosis letalis minima) kleinste zum
Tod eines Versuchstieres oder Menschen minimale letale Dosis führende Dosis,
meist in mg/kg Körpergewicht
• MOK: maximale Organkonzentration (wichtig bei Akkumulation)
• Morbidität: Erkrankungshäufigkeit
• Mortalität: Sterblichkeit
• Mutagenität - Toxische Wirkung besteht in der Veränderung der Erbsubstanz, die
eine Schädigung des Organismus oder, wenn Keimzellen (Eizellen und
Samenzellen) betroffen werden, eine Schädigung der Nachkommen zur Folge
haben kann (mutagen).
• NEL: No Effect Level. Die höchste im chronischen Tierversuch, beim
empfindlichsten Versuchstier geprüfte Dosierung einer Substanz, die keinen
schädlichen Effekt zeigt � neu NOAEL (Deutsch: Schwellenkonzentration).
• NOAEL : „No Observed Adverse Effect Level“ (früher NEL), die höchste im
chronischen Tierversuch, beim empfindlichsten Versuchstier geprüfte Dosierung
einer Substanz, die keinen schädlichen Effekt zeigt. Der NOAEL dient in der
Rückstandstoxikologie als Richtwert für die Festlegung von duldbaren
Giftexpositionen des Menschen, dem so genannten "Admissible Daily Intake" (ADI).
(Deutsch: Schwellenkonzentration).
• Neurotransmitter sind Überträgersubstanzen (Botenstoffe), die auf chemischem
Wege an den � Synapsen oder den motorischen Endplatten Nervenimpulse
übertragen.
• Nicht-lineare Kinetik, Kinetik nullter Ordnung (non-linear kinetics, zero order
kinetics). Bei der nicht-linearen Kinetik ist die Eliminationsgeschwindigkeit nicht
proportional zur Konzentration der Ausgangssubstanz. In diesem Fall ist die
Arzneimittelelimination pro Zeiteinheit konstant. Medikamente, die so ausgeschieden
werden, haben keine konstante «Halbwertszeit». Dies erklärt sich durch die
Sättigung der für die Elimination verantwortlichen Enzyme.
• NOAEC: No Observed Adverse Effect Concentration. Die höchste im chronischen
Tierversuch, beim empfindlichsten Versuchstier geprüfte Konzentration einer
Substanz, die keinen schädlichen Effekt zeigt.
• NOAEL : „No Observed Adverse Effect Level“ (früher NEL), die höchste im
chronischen Tierversuch, beim empfindlichsten Versuchstier geprüfte Dosierung
einer Substanz, die keinen schädlichen Effekt zeigt. Der NOAEL dient in der
Rückstandstoxikologie als Richtwert für die Festlegung von duldbaren
Giftexpositionen des Menschen, dem so genannten "Admissible Daily Intake" (ADI).
(Deutsch: Schwellenkonzentration). Kann der NOAEL nicht aus Toxizitätsstudien
ermittelt werden, wird die niedrigste geprüfte Konzentration/Dosis angegeben, bei
der noch schädliche Wirkungen beobachtet werden (LOAEL).
• NOEL : „No Observed Effect Level“ analog NOAEL
• NOEC : „No Observed Effect Concentration“, Die höchste Konzentration eines
Stoffes, bei welcher noch gerade kein Effekt feststellbar ist.
• Noxe : Schadfaktor, physikalisch (Lärm, Vibration, Strahlung) oder chemisch.
• Octanol: CH3-(CH2)7-OH, nicht wasserlöslich
• Ökotoxizität: Auswirkungen von Stoffen auf die belebte Umwelt.
Untersuchungsschwerpunkte sind die Effekte auf den Organisationsebenen

122
Organell, Zelle, Organ, Organismus, Population und Ökosystem, soweit daraus
direkte oder indirekte, reversible und irreversible Veränderungen oder Schäden
entstehen.
• oral: (latein.: os = Mund). Adjektiv mit der Bedeutung „zum Munde gehörig, durch
den Mund“.
• parenteral: (griech.: Para- = neben und entera = Eingeweide). Bei Arzneiformen
und besonderen Formen der Ernährung versteht man unter parenteral – als
Gegensatz zu enteral oder oral (per os) – die Einführung von systemisch wirkenden
Stoffen in den Körper unter Umgehung des Magen-Darm-Trakts. Im engeren Sinne
umfasst dieser Begriff nur die Injektionen und Infusionen (ausser den rektalen), nicht
aber Applikationsformen wie Salben, Gele, Implantate, Membranpräparate, Aerosole
und dergleichen.
• Persistenz: Beständigkeit eines Stoffes gegenüber dem Abbau (im Organismus, in
der Umwelt)
• Pharmakologie: Wissenschaft vom Zusammenwirken zwischen chemischen
Substanzen und lebendem Gewebe.
• Placebo : Wirkstofffreies, äusserlich nicht vom Original unterscheidbares »Leer-«
oder »Scheinmedikament« (»Falsum-Präparat«). Ein Placebo (lateinisch "ich werde
gefallen") ist eine medizinische Massnahme, die per Definition nicht direkt wirken
kann – beispielsweise eine Tablette oder eine Spritze ohne Wirkstoff.
• Potenzierung: Eine besondere Form des Synergismus, die bei der Kombination von
zwei Stoffen mit gleicher oder ähnlicher Wirkung auftreten kann. Die Wirkung der
beiden Substanzen ist dann enorm viel grösser, als die Summe der beiden
Wirkungen.
• Proteinbindung, Eiweissbindung, Plasmaproteinbindung (protein binding) : Viele
Arzneimittel werden im Blut an Plasmaproteine gebunden. Saure Moleküle werden
vorwiegend an Albumine gebunden, basische Verbindungen eher an saure a1-
Glykoproteine oder Lipoproteine. Verschiedene Medikamente können an
Proteinbindungsstellen miteinander in Kompetition treten; das Medikament, das
stärker gebunden wird, verdrängt das weniger stark gebundene aus der Bindung.
Eine solche Interaktion hat komplexe Folgen: Da eine vorübergehende Zunahme der
freien Arzneimittel-Fraktion meistens zu vermehrter Elimination führt, ergibt sich aus
der beschriebenen Interaktion nicht notwendigerweise eine verstärkte Wirkung.
• Publikumsprodukte: Stoffe, die für den Allgemeingebrauch angepriesen oder
jedermann abgegeben werden können.
• Radioaktivität: Eigenschaft einer Reihe von Atomkernen, sich ohne äussere
Einwirkung spontan in einen anderen Atomkern umzuwandeln
(Kernumwandlungen). Die dabei freiwerdende Energie wird in Form von
elektromagnetischer Strahlung (γ- Strahlung) und/oder Teilchen (α-, β-, β+ oder
Neutronenstrahlung) abgegeben.
• reizend: Stoffe und Zubereitungen werden als reizend eingestuft, wenn sie – ohne
ätzend zu sein – bei kurzzeitigem, länger andauerndem oder wiederholtem Kontakt
mit Haut und/oder Schleimhäuten (Atemwege, Augen) eine Entzündung
verursachen.
• rektal: (latein.: rectum = Mastdarm). Adjektiv mit der Bedeutung „zum Mastdarm
gehörig, durch den Mastdarm“.
Chemie Bützer

Chemie Bützer
123
• Resorption: (von lateinisch: resorbere = aufsaugen) Aufnahme von
Nahrungsmitteln, Wirkstoffen und ähnlichen Stoffen in die Blut- und Lymphbahnen.
Resorption, Absorption, Aufnahme (absorption) Die Resorption im engeren Sinn
beschreibt Ausmass und Geschwindigkeit des Verschwindens eines Wirkstoffes
vom Verabreichungsort (Magen-Darm-Trakt, Muskel, Subkutis usw.). Nach dieser
Definition kann ein Wirkstoff zu 100% resorbiert werden, aber z.B. dennoch nur zu
50% systemisch verfügbar sein (wenn er präsystemisch metabolisiert wird). Im
weiteren Sinn versteht man alle Vorgänge, die zwischen Verabreichung eines
Wirkstoffes und seiner Präsenz im systemischen Kreislauf liegen. Nach dieser
Definition kann eine 80%ige Resorption z.B. einer 100%igen Resorption im engeren
Sinn in Kombination mit einer präsystemischen Metabolisierung entsprechen (d.h.
die Bioverfügbarkeit beträgt 80%).
• Rezeptoren: zelluläre Strukturen, die als Bindungs- bzw. Reaktionsstellen für
körpereigene � Neurotransmitter oder körperfremde Stoffe funktionieren und
biologische Wirkungen in Gang setzen.
• R-Sätze: diese geben in standardisierter Form Hinweise auf besondere Gefahren
von Stoffen und Zubereitungen, die sich aus physikalisch-chemischen
Eigenschaften (explosionsgefährlich; entzündlich etc.), toxischen oder gentoxischen
Eigenschaften (giftig; krebserzeugend etc.) oder deren Auswirkungen auf die
Umwelt (Ökotoxizität: giftig für Pflanzen; gefährlich für die Ozon-Schicht etc.)
ergeben.
• Schwellenkonzentration: (engl.: no observed adverse effect level, NOAEL). Die
höchste im chronischen Tierversuch, beim empfindlichsten Versuchstier geprüfte
Dosierung einer Substanz, die keinen schädlichen Effekt zeigte.
• Smog: smoke + fog = Rauchnebel; Ansammlung von Schadstoffen in Form von
feinen, dunstartigen Partikeln.
• S-Sätze: Dies sind standardisierte Sicherheitsratschläge und geben Hinweise auf
notwendige Vorsichtsmassnahmen bei der gebräuchlichen Handhabung und
Verwendung gefährlicher Stoffe (Gefahrstoffen) und Zubereitungen.
� Second messenger (zweiter Bote) sind intrazelluläre Botensubstanzen, die nach
Bindung eines extrazellulären Botenstoffs (Neurotransmitter, Hormon oder
Wachstumsfaktor – „erster Bote“) an einen Rezeptor der Zellmembran oder nach
Aktivierung desselben durch Licht usw. eine Konzentrations-Änderung erfährt und
dadurch spezifische Reaktionen auslöst (z. B. Abbau von Glykogen, Sekretion von
Hormonen, Hyperpolarisierung der Zellmembran). Damit dient der
second messenger der Weiterleitung eines externen chemischen/physikalischen
Signals innerhalb der Zelle. Beispiele sind: Adenosin-3',5'-monophosphat (cAMP),
Arachidonsäure, Calcium-Ionen, Diacylglycerine, Guanosin-3',5'-monophosphat, Dmyo-Inosit-1,4,5-trisphosphat
(IP3), Jasmonsäure und andere.
� Stoffe sind chemische Elemente oder chemische Verbindungen, wie sie natürlich
vorkommen oder hergestellt werden, einschliesslich der zur Wahrung der Stabilität
notwendigen Hilfsstoffe und der durch das Herstellungsverfahren bedingten
Verunreinigungen, mit Ausnahme von Lösungsmitteln, die von dem Stoff ohne
Beeinträchtigung seiner Stabilität und ohne Änderung seiner Zusammensetzung
abgetrennt werden können.
• subchronische Toxizität oder subakute Toxizität - Die schädliche Wirkung tritt
erst nach mehrmaliger Verabreichung auf. (Subakuter Tierversuch: tägliche
Verabreichung bei einer Versuchsdauer von 14 - 28 aber auch bis zu 90 Tagen).
Kumulation, Toleranzentwicklung.
• Sucht ist eine psychische und/oder physische Fixierung eines Menschen an eine
Droge. Zwanghaftes Angewiesensein auf die Befriedigung ungeachtet des Verlusts
an Selbstwert- und Umweltbezug. Typische Merkmale: übermächtiger Wunsch nach

124
Beschaffung des � Suchtmittels, Tendenz zur Dosissteigerung (� Toleranz),
Auftreten eines Entzugssymptoms.
• Suchtmittel, ist ein psychotroper Stoff, der Euphorie und Bewusstseinsänderungen
hervorruft.
• SUVA : Schweizerische Unfall-Versicherungs-Anstalt
• Synapse: Kontaktstelle zwischen Nervenzellen bzw. Nervenzellen und dem
Plasmalemma anderer Zellen (Sinnes-, Epithel-, Muskelzellen). Die
Nervenreizleitung findet an diesen Stellen stets nur in einer Richtung statt. Die �
Neurotransmitter übertragen die Nervenimpulse bei den Synapsen.
• Synergismus: Prinzip, bei dem eine Struktur oder eine Substanz eine andere in
ihrer Wirkung unterstützt oder verstärkt. Die Gesamtwirkung übertrifft dabei die
Summe der Einzelwirkungen.
• TC (toxic concentration) bei Gasen diejenige Konzentration, bei welcher für den
Menschen irgend eine toxische Wirkung oder für Versuchstiere karzinogene,
teratogene oder mutagene Effekte nachweisbar sind.
• TD(50) (toxische Dosis 50) Dosis für das Auftreten von Vergiftungssymptomen bei
50% der Versuchsindividuen.
• Teratogenität - Die toxische Wirkung besteht in der Erzeugung von Missbildungen
bei einem Embryo durch die Behandlung der Mutter mit der toxischen Substanz
während der Schwangerschaft.
• TLV: Threshold Limit Value: entspricht dem MAK-Wert.
• Toleranz: Wirkungsabfall einer wiederholt eingenommenen Substanz durch
Anpassung des Organismus.
• Toxikologie: Wissenschaft von den Giften und ihren Wirkungen. Die Toxikologie
befasst sich mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften aller bekannten
Giftstoffe sowie mit Methoden zu ihrem Nachweis, mit ihrer Wirkung auf den
Organismus und mit den Befunden, die man bei der Obduktion eines Vergifteten
erhält.
• Toxizität: Aus dem griechischen abgeleitete Bezeichnung für Giftigkeit. Man
unterscheidet akute Toxizität: Giftigkeit bei einmaligem bzw. kurzfristigem zeitlich
eng begrenztem Kontakt mit einem Giftstoff, subakute bzw. subchronische Toxizität:
Bei wiederholter, meist 28 bzw. 90 d dauernder Belastung und chronischer Toxizität:
Bei Belastung über einen längeren Zeitraum (bis zu mehreren Jahren), der beim
Versuchstier grösser ist als die halbe durchschnittliche Lebenserwartung. Die
Prüfung auf fruchtschädigende Wirkung ist gleichzeitig ein Test auf gentoxische oder
teratogene Wirkung.
• Transmission: Ausbreitung und Transport von Schadstoffen durch Luft oder
Wasser.
• umweltschädigend/umweltgefährdend: Umweltgefährlich sind Stoffe oder
Zubereitungen, die selbst oder deren Umwandlungsprodukte geeignet sind, die
Beschaffenheit des Naturhaushaltes, von Wasser, Boden oder Luft, Klima, Tieren,
Pflanzen oder Mikroorganismen derart zu verändern, dass dadurch sofort oder
später Gefahren für die Umwelt herbeigeführt werden können.
• Wirkung: die durch ein Wirkstoff ausgelösten Veränderungen eines biologischen
Systems; quantitativ: Dosisabhängigkeit, qualitativ: Strukturabhängigkeit.
• Wirkstoff: Chemische Substanz welche in einem lebenden Organismus eine
biologische Wirkung hervorruft, die sich als qualitative und quantitative
Veränderungen zu erkennen geben.
• Zubereitungen sind Gemenge, Gemische und Lösungen, die aus zwei oder
mehreren Stoffen bestehen.
Chemie Bützer

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125

126
12 Risiko-, Sicherheits-, Entsorgungs-Sätze
12.1 R-Sätze
1 Im trockenem Zustand explosionsgefährlich.
2 Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen explosionsgefährlich.
3 Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich.
4 Bildet hochempfindliche explosionsgefährliche Metallverbindungen.
5 Beim Erwärmen explosionsfähig.
6 Mit und ohne Luft explosionsfähig.
7 Kann Brand verursachen.
8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen.
9 Explosionsgefahr bei Mischung mit brennbaren Stoffen.
10 Entzündlich.
11 Leichtentzündlich.
12 Hochentzündlich.
13 (veraltet) Hochentzündliches Flüssiggas.
14 Reagiert heftig mit Wasser.
15 Reagiert mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase.
16 Explosionsgefährlich in Mischung mit brandfördernden Stoffen.
17 Selbstentzündlich an der Luft.
18 Bei Gebrauch Bildung explosionsfähiger/leichtentzündlicher Dampf-Luft-Gemische möglich.
19 Kann explosionsfähige Peroxide bilden.
20 Gesundheitsschädlich beim Einatmen.
21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut.
22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken.
23 Giftig beim Einatmen.
24 Giftig bei Berührung mit der Haut.
25 Giftig beim Verschlucken.
26 Sehr giftig beim Einatmen.
27 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut.
28 Sehr giftig beim Verschlucken.
29 Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase.
30 Kann bei Gebrauch leicht entzündlich werden.
31 Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase.
32 Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase.
33 Gefahr kumulativer Wirkungen.
34 Verursacht Verätzungen.
35 Verursacht schwere Verätzungen.
36 Reizt die Augen.
37 Reizt die Atmungsorgane.
38 Reizt die Haut.
39 Ernste Gefahr irreversiblen Schadens.
40 Irreversibler Schaden möglich.
41 Gefahr ernster Augenschäden.
42 Sensibilisierung durch Einatmen möglich.
43 Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich.
44 Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss.
45 Kann Krebs erzeugen.
46 Kann vererbbare Schäden verursachen.
47 (veraltet) Kann Missbildungen verursachen.
48 Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition.
49 Kann Krebs erzeugen beim Einatmen.
50 Sehr giftig für Wasserorganismen.
51 Giftig für Wasserorganismen.
52 Schädlich für Wasserorganismen.
53 Kann in Gewässer längerfristig schädliche Wirkung haben.
54 Giftig für Pflanzen.
55 Giftig für Tiere.
56 Giftig für Bodenorganismen.
57 Giftig für Bienen.
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58 Kann längerfristig schädliche Wirkung auf die Umwelt haben.
59 Gefährlich für die Ozonschicht.
60 Kann die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen.
61 Kann das Kind im Mutterleib schädigen.
62 Kann möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen.
63 Kann das Kind im Mutterleib möglicherweise schädigen.
64 Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen.
Kombinationen der R-Sätze
14/15 Reagiert heftig mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase.
15/29 Reagiert mit Wasser unter Bildung giftiger und hochentzündlicher Gase.
20/21 Gesundheitsschädlich beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut.
20/21/22 Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und bei Berührung mit der Haut.
20/22 Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken.
21/22 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken.
23/24 Giftig beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut.
23/24/25 Giftig beim Einatmen, Verschlucken und bei Berührung mit der Haut.
23/25 Giftig beim Einatmen und Verschlucken.
24/25 Giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken.
26/27 Sehr giftig beim Einatmen und bei Berührung der Haut.
26/27/28 Sehr giftig beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut.
26/28 Sehr giftig beim Einatmen und Verschlucken.
27/28 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken.
36/37 Reizt die Augen und die Atmungsorgane.
36/37/38 Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut.
36/38 Reizt die Augen und die Haut.
37/38 Reizt die Atmungsorgane und die Haut.
39/23 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen.
39/23/24 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei Berührung mit der
Haut.
39/23/24/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit der Haut und
durch Verschlucken.
39/23/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch Verschlucken.
39/24 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut.
39/24/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und durch
Verschlucken.
39/25 Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken.
39/26 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen.
39/26/27 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei Berührung mit der
Haut.
39/26/27/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit der Haut
und durch Verschlucken.
39/26/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch Verschlucken.
39/27 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut.
39/27/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und durch
Verschlucken.
39/28 Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken.
40/20 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen.
40/20/21 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei
Berührung mit der Haut.
40/20/21/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit
der Haut und durch Verschlucken.
40/20/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch
Verschlucken.
40/21 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut.
40/21/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und
durch Verschlucken.
40/22 Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Verschlucken.
42/43 Sensibilisierung durch Einatmen und Hautkontakt möglich.

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128
48/20 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Einatmen.
48/20/21 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Einatmen und durch Berührung mit der Haut.
48/20/21/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken.
48/20/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Einatmen und durch Verschlucken.
48/21 Gesundheitsschädlich: Gefahr bei ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition
durch Berührung mit der Haut.
48/21/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Berührung mit der Haut und durch Verschlucken.
48/22 Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch
Verschlucken.
48/23 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen.
48/23/24 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und
durch Berührung mit der Haut.
48/23/24/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen,
Berührung mit der Haut und durch Verschlucken.
48/23/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und
durch Verschlucken.
48/24 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der
Haut.
48/24/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der
Haut und durch Verschlucken.
48/25 Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Verschlucken.
50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen
haben.
51/53 Giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben.
52/53 Schädlich für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen
haben.

12.2 S-Sätze
Chemie Bützer
129
1 Unter Verschluss aufbewahren.
2 Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen.
3 Kühl aufbewahren.
4 Von Wohnplätzen fernhalten.
5 Unter ... aufbewahren (geeignete Flüssigkeit vom Hersteller anzugeben).
6 Unter ... aufbewahren (inertes Gas vom Hersteller anzugeben).
7 Behälter dicht geschlossen halten.
8 Behälter trocken halten.
9 Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren.
10 (veraltet) Inhalt feucht halten.
11 (veraltet) Zutritt von Luft verhindern.
12 Behälter nicht gasdicht verschliessen.
13 Von Nahrungsmitteln, Getränken und Futtermitteln fernhalten.
14 Von ... fernhalten (inkompatible Substanzen vom Hersteller anzugeben).
15 Vor Hitze schützen.
16 Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen.
17 Von brennbaren Stoffen fernhalten.
18 Behälter mit Vorsicht öffnen und handhaben.
20 Bei der Arbeit nicht essen und trinken.
21 Bei der Arbeit nicht rauchen.
22 Staub nicht einatmen.
23 Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung[en] vom Hersteller
anzugeben).
24 Berührung mit der Haut vermeiden.
25 Berührung mit den Augen vermeiden.
26 Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren.
27 Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehen.
28 Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel ... (vom Hersteller anzugeben).
29 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen.
30 Niemals Wasser hinzugiessen.
31 (veraltet) Von explosionsfähigen Stoffen fernhalten.
33 Massnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffen.
34 (veraltet) Schlag und Reibung vermeiden.
35 Abfälle und Behälter müssen in gesicherter Weise beseitigt werden.
36 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen.
37 Geeignete Schutzhandschuhe tragen.
38 Bei unzureichender Belüftung Atemschutzgerät anlegen.
39 Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen.
40 Fussboden und verunreinigte Gegenstände mit ... reinigen (Material vom Hersteller anzugeben).
41 Explosions- und Brandgase nicht einatmen.
42 Beim Räuchern/Versprühen geeignetes Atemschutzgerät anlegen (geeignete Bezeichnung[en]
vom Hersteller anzugeben).
43 Zum Löschen ... (vom Hersteller anzugeben) verwenden (wenn Wasser die Gefahr erhöht,
anfügen: "Kein Wasser verwenden").
45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich dieses Etikett vorzeigen).
46 Bei Verschlucken sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder Etikett vorzeigen.
47 Nicht bei Temperaturen über ... C aufbewahren (vom Hersteller anzugeben).
48 Feucht halten mit ... (geeignetes Mittel vom Hersteller anzugeben).
49 Nur im Originalbehälter aufbewahren.
50 Nicht mischen mit ... (vom Hersteller anzugeben).
51 Nur in gut gelüfteten Bereichen verwenden.
52 Nicht grossflächig für Wohn- und Aufenthaltsräume zu verwenden.
53 Exposition vermeiden - vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen.
56 Diesen Stoff und seinen Behälter auf entsprechend genehmigter Sondermülldeponie entsorgen.
57 Zur Vermeidung einer Kontamination der Umwelt geeigneten Behälter verwenden.
59 Informationen zur Wiederverwendung/Wiederverwertung beim Hersteller/Lieferanten erfragen.
60 Dieser Stoff und sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen.
61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen / Sicherheitsdatenblatt
zu Rate ziehen.

Chemie Bützer
130
62 Bei Verschlucken kein Erbrechen herbeiführen. Sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung
oder dieses Etikett vorzeigen.
Kombination der S-Sätze
1/2 Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren.
3/7 Behälter dicht geschlossen halten und an einem kühlen Ort aufbewahren
3/7/9 (veraltet) Behälter dicht geschlossen halten und an einem kühlen, gut gelüfteten Ort
aufbewahren.
3/9 Behälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort aufbewahren.
3/9/14 An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von ... aufbewahren (die Stoffe, mit denen
Kontakt vermieden werden muss, sind vom Hersteller anzugeben).
3/9/14/49 Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von ... aufbewahren
(die Stoffe, mit denen Kontakt vermieden werden muss, sind vom Hersteller anzugeben).
3/9/49 Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort aufbewahren.
3/14 An einem kühlen, von ... entfernten Ort aufbewahren (die Stoffe, mit denen Kontakt
vermieden werden muss, sind vom Hersteller anzugeben).
7/8 Behälter trocken und dicht geschlossen halten.
7/9 Behälter dicht geschlossen an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren.
7/47 Behälter dicht geschlossen und nicht bei Temperaturen über ... C aufbewahren.
20/21 Bei der Arbeit nicht essen, trinken, rauchen.
24/25 Berührung mit den Augen und der Haut vermeiden.
29/56 Nicht in die Kanalisation gelangen lassen. Diesen Stoff und seinen Behälter der
Problemabfallentsorgung zuführen.
36/37 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen.
36/37/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und
Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen.
36/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen.
37/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen.
47/49 Nur im Originalbehälter bei einer Temperatur von nicht über ... C (vom Hersteller
anzugeben) aufbewahren.

12.3 E-Sätze
E-
Satz -
Nr.
Chemie Bützer
131
Entsorgungsratschläge - E-Sätze Anzuwenden z.B. auf
E 1 Verdünnen, in den Ausguss geben (WGK 0
bzw. 1)
kleinste Portionen reizender,
gesundheitsschädlicher, brandfördernder
Stoffe; - soweit wasserlöslich
E 2 Neutralisieren, in den Ausguss geben saure und basische Stoffe
E 3
In den Hausmüll geben, gegebenenfalls in PE-
Beutel (Stäube)
Feststoffe, soweit nicht andere Ratschläge
gegeben sind
E 4 Als Sulfid fällen Schwermetallsalze
E 5 Mit Calcium-Ionen fällen, dann E1 oder E3 lösliche Fluoride, Oxalate
E 6 Nicht in den Hausmüll geben
brandfördernde Stoffe;
explosionsgefährliche Stoffe
E 7 Im Abzug entsorgen; wenn möglich verbrennen
absorbier- oder brennbare gasförmige
Stoffe
E 8
Der Sondermüllbeseitigung zuführen (Adresse
zu erfragen bei der Kreis- oder Stadtverwaltung)
Unter grösster Vorsicht in kleinsten Portionen
Laborabfälle im Sinne der TA Abfall
E 9 reagieren lassen (z.B. offen im Freien
verbrennen)
explosionsgefährliche Stoffe und Gemische
In gekennzeichneten Glasbehältern sammeln: organische Verbindungen
E 10 1. "Organische Abfälle - halogenhaltig"
- halogenhaltig
2. "Organische Abfälle - halogenfrei"
- halogenfrei
E 11
Als Hydroxid fällen (pH 8), den Niederschlag zu
E8
gelöste Schwermetallsalze
E 12
Nicht in die Kanalisation gelangen lassen (S-
Satz 29)
brennbare nicht wasserlösliche Stoffe, sehr
giftige Stoffe
E 13
Aus der Lösung mit unedlerem Metall (z.B.
Eisen) als Metall abscheiden (E14, E3)
z.B. Verbindungen von Chrom oder Kupfer
E 14
Recycling-geeignet (Redestillation oder einem
Recyclingunternehmen zuführen)
Mit Wasser vorsichtig umsetzen, evtl.
z.B. Verbindungen von Aceton,
Quecksilber, Blei
E 15 freiwerdende Gase verbrennen oder
absorbieren oder stark verdünnt ableiten
Carbide, Phosphide, Hydride
E 16
Entsprechend spezifischen Ratschlägen
beseitigen

132
13 Anhang: Sicherheitsdatenblatt: Nicotin
L-Nicotine, 99+%
**** Abschnitt 1 - Chemisches Präparat und Firmenidentifikation ****
Produktname: L-Nicotine, 99+%
Katalognummern:
18142-0000, 18142-0050, 18142-0250, 18142-1000, 18.142.03
Synonym: S-(-)-Nicotine, beta-Pyridyl-alpha-n-methylpyrrolidine.
Firmenidentifikation (EU): Acros Organics BVBA
Janssen Pharmaceuticalaan 3a
2440 Geel, Belgium
Firmenidentifikation (US): Acros Organics N.V.
One Reagent Lane
Fairlawn, NJ 07410
Firmentelefonnummer: 0032(0) 14575211
Notruf: 0032(0)14575299
**** Abschnitt 2 - Zusammensetzung, Information zu Inhaltsstoffen ****
CAS# 54-11-5, EINECS# 84 200-193-3
Chemischer Name: L-Nicotine, % 99+%
Gefahrensymbole: T+ N
R-Sätze: 25 27 51/53
**** Abschnitt 3 - Gefahrenhinweise ****
Übersicht für den Notfall
Giftig beim Verschlucken. Sehr giftig bei Berührung mit der Haut.Giftig für Wasserorganismen;
kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben. Hygroskopisch.
Mögliche Gesundheitseffekte
Auge:
Verursacht Augenreizungen. Verursacht Rötungen und Schmerzen.
Haut:
Verursacht Hautreizungen. Kann tödlich sein bei der Aufnahme durch die Haut. Kann
Hautentzündungen verursachen.
Einnahme:
Giftig bei Aufnahme. Kann schädliche Wirkungen auf die Muskulatur haben. Kann schwere
Reizungen des Verdauungstrakts mit Unterleibsschmerzen, Übelkeit, Erbrechen und Diarrhöe
(Durchfall) hervorrufen. Kann Zittern und Krämpfe erzeugen. Kann Muskellähmung,
Atemversagen und eventuell den Tod verursachen.
Einatmung:
Kann Wirkungen haben, die ähnlich wie bei der Aufnahme sind.
Chronisch:
Bei längerem oder wiederholtem Hautkontakt sind Hautentzündungen möglich. Kann
Verdauungstrakt-und Herzstörungen erzeugen. Bei längerer oder wiederholter Exposition sind
Übelkeit, Schwindel und Kopfschmerzen möglich.
**** Abschnitt 4 - Erste Hilfe Massnahmen ****
Augen:
Augen sofort mit viel Wasser spülen, mindestens 15 Minuten, gelegentlich das untere und obere
Augenlid anheben. Medizinische Hilfe holen.
Haut:
Die Haut gründlich mit Seife und Wasser abwaschen, mindestens 15 Minuten, und beschmutzte
Kleidung und Schuhe ablegen. Medizinische Hilfe holen bei fortschreitender oder anhaltender
84 Hinter der Abkürzung EINECS verbirgt sich das Europäische Altstoffverzeichnis (European Inventory
of Existing Commercial Chemical Substances)
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Chemie Bützer
133
Reizung. Beschmutzte Kleidung in der Art und Weise entsorgen, dass weitere Expositionen
eingeschränkt sind. Beschmutzte Schuhe vernichten.
Einnahme:
Erbrechen herbeiführen. Falls das Unfallopfer bei Bewusstsein und wach ist, 2-4 Tassen Milch
oder Wasser verabreichen. Sofort medizinische Hilfe holen.
Einatmung:
Sofort medizinische Hilfe holen. Sofort von der Exposition weg- und an die frische Luft bringen.
Bei Atemstillstand künstlich beatmen. Bei Atemnot Sauerstoff geben.
Arztnotiz:
Treatment should be symptomatic and supportive. Gastric lavage if the material swallowed within
the last 4 hours, a cathartic such as Magnesium sulfate if longer. Diazepan to control
convulsions.
**** Abschnitt 5 - Brandbekämpfungsmassnahmen ****
Allgemeine Information:
Bei jedem Brand ein Pressluftatemgerät je nach Druckerfordernissen, NIOSH/MSHA (oder
gleichwertiges), und Vollschutzausrüstung tragen.
Kann bei Temperaturen oberhalb des Flammpunkts Explosivgemische bilden.
Feuerlöschmittel:
Im Brandfall Wassersprüher, Trockenlöschmittel, Kohlendioxidlöscher oder Schaumlöscher
benutzen.
**** Abschnitt 6 - Unfallmassnahmen bei Freisetzung ****
Allgemeine Information: Persönliche Sicherheitsausrüstung gebrauchen (siehe unter 8).
Verschüttes/Auslaufendes:
Nicht in Abwasserrohre und -Kanäle gelangen lassen, die in Gewässer geleitet werden. Ein
Pressluftatemgerät und geeignete Personenschutzausrüstung tragen (siehe Expositionskontrolle,
Personenschutz). Alle Zündquellen entfernen. Das verschüttete Material mit einem Absorber,
nichtbrennbaren Stoffen wie Erde, Sand oder Vermiculit aufsaugen.
**** Abschnitt 7 - Handhabung und Lagerung ****
Manutention:
Nach Gebrauch gründlich waschen. Verschmutzte Kleidung ablegen und vor dem
Wiedergebrauch waschen. Mit entsprechender Belüftung benutzen. Behälter beim Umfüllen von
Material auf den Boden stellen und anbinden. Funkensicheres Werkzeug und explosionssichere
Ausrüstung benutzen. Den Behälter nicht wiederbenutzen. Nicht auf die Haut oder in Augen
gelangen lassen. Nicht einnehmen oder einatmen. Nur in einem Chemieabzug benutzen.
Lagerung:
Von Zündquellen fernhalten. Unter einem Stickstoffpolster halten.
Vor Kontakt mit brandfördernden Stoffen bewahren. An einem kühlen, trockenen und gut
belüfteten Ort abseits von unverträglichen Substanzen lagern. Von starken Säuren fernhalten.
**** Abschnitt 8 - Expositionskontrolle, Personenschutz ****
Technische Kontrolle:
Eine ausreichende Saugbelüftung benutzen, um die Luftschadstoffwerte unter dem erlaubten
Expositionslimit zu halten.
Personenschutzausrüstung
Augen:
Geeignete Schutzaugengläser oder Laborschutzbrillen tragen, wie bei OSHA's Augen-
und Gesichtsschutz Vorschriften in 29 CFR 1910.133 beschrieben.
Haut:
Undurchlässige Handschuhe tragen.
Kleidung:
Geeignete Schutzkleidung tragen, um eine Exposition durch die Haut zu vemeiden.
Atemschutzgeräte:
Ein Pressluftatemgerät mit Überdruck nach DIN 3180 Teil 3 und DIN 58645 Teil 1 (EN
250) tragen.

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134
**** Abschnitt 9 - Physikalische und chemische Eigenschaften ****
Aggregatzustand: Klare Fluessigkeit.
Aussehen: Gelb - Braun
Geruch: fischartig - schwacher Geruch (rein geruchlos)
pH: (8,1g /l @ 20°C) 10,2
Dampfdruck: 1.3 mbar @ 62°C
Rel. Dampdichte: 5.6 (Luft=1)
Viscosität: Nicht verfügbar.
Siedetemperatur: 246-247 °C
Selbstentzündungstemperatur: 240°C (464.00°F)
Flammpunkt: 101°C (213.80°F)
Explosionsgrenze, Untere: 0.70 vol %
Obere: 4.00 vol %
Gefrier-/Schmelzpunkt: -80°C
Zersetzungstemperatur: 247°C (Bp.)
Löslichkeit: wasserlöslich (hygroskopisch), gut löslich in Alkohol, Chloroform, Ether und
Petrolether
LogPow: 1.17 (Verteilung n-Octanol/Wasser)
Relative Dichte: 1.0105
Molekülformel: C10H14N2
Molekulargewicht: 162.23 g/mol.
**** Abschnitt 10 - Stabilität und Reaktivität ****
Chemische Stabilität:
Stabil bei normalen Temperaturen in dicht geschlossenen Behältern unter Inertgasatmosphäre.
Unter Einfluss von Licht und Luft unterliegt die Substanz einer Farbänderung.
Vermeidungsbestimmungen:
Unverträgliche Stoffe, Licht, Kontakt mit Luft, Kontakt mit Feuchtigkeit oder Wasser.
Inkompatibilität mit anderen Stoffen:
stark oxidierende Mittel, starke Säuren, starke Basen.
Gefährliche Abbauprodukte:
Stickoxide, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff.
Gefährliche Polymerisation: tritt nicht ein
**** Abschnitt 11 - Toxikologische Informationen ****
RTECS#:
CAS# 54-11-5 nicht aufgeführt
LD50/LC50:
CAS# 54-11-5:
Oral, Maus: LD50 = 3340 ug/kg; Ratte: LD50 = 50 mg/kg;
Haut, Kaninchen: LD50 = 50 mg/kg; Ratte: LD50 = 140 mg/kg;
Karzinogenität:
L-Nicotine - Not listed by ACGIH, IARC, NIOSH, NTP, or OSHA.
Andere:
Siehe aktueller Eintrag in RTECS für vollständige Informationen.Die toxikologischen
Eigenschaften sind noch nicht vollständig erforscht.
**** Abschnitt 12 - Ökologische Informationen ****
Ökotoxizität:
Daphnia: EC50: 0.24 mg/l; 48H;
**** Abschnitt 13 - Entsorungsgesichtspunkte ****
Entsorgen im Einklang mit einschlägigen Vorschriften.
**** Abschnitt 14 - Transportinformation ****
IMO
Adressat: NICOTINE

Gefahrenklasse: 6.1
UN-Nummer: 1654
Verpackungsgruppe: II
IATA
Adressat: NICOTINE
Gefahrenklasse: 6.1
UN-Nummer: 1654
Verpackungsgruppe: II
RID/ADR
Adressat: NICOTINE
Gefahrenklasse: 6.1
UN-Nummer: 1654
Verpackungsgruppe: II
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135
**** Abschnitt 15 - Informationen zu Vorschriften ****
Europäisch/Internationale Verordnungen
Gefahrensymbole: T+ N
R-Sätze:
R 25 Giftig beim Verschlucken.
R 27 Sehr giftig bei Berührung mit der Haut.
R 51/53 Giftig für Wasserorganismen; kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen
haben.
S-Sätze:
S 36/37 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen.
S 45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich, dieses Etikett
vorzeigen).
S 61 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen /
Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen.
WGK (Wassergefährdungsklasse): 3
Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft)
Organische Stoffe, Klasse I
Insgesamt dürfen folgende Werte im Abgas nicht überschritten
werden.
Massenstrom: 0,10 kg/h oder Massenkonzentration : 20 mg/m 3
Luftgrenzwerte am Arbeitsplatz: (TRGS 900)
0,47 mg/m 3 ; 0,07 ml/m 3; Spitzenbegrenzung: Überschreitungsfaktor 4
Die mittlere Konzentration soll in keinem 15-Minuten-Zeitraum die 4-fache
Grenzwertkonzentration überschreiten.
Expositionslimit:
OEL-ARAB Republic of Egypt:TWA 0.5 mg/m3;Skin. OEL-AUSTRALIA:TWA 0.5 mg/m3;Skin.
OEL-BELGIUM:TWA 0.5 mg/m3;Skin. OEL-DENMARK:TWA 0.5 mg/m3;Skin. OEL-
FINLAND:TWA 0.5 mg/m3;STEL 1.5 mg/m3;Skin. OEL-FRANCE:TWA 0.5 mg/m3;Skin. OEL-
GERMANY:TWA 0.07 ppm (0.5 mg/m3);Skin. OEL-HUNGARY:STEL 0.5 mg/m3;Skin. OEL-THE
NETHERLANDS:TWA 0.07 ppm (0.5 mg/m3);Skin. OEL-THE PHILIPPINES:TWA 0.5
mg/m3;Skin. OEL-POLAND:TWA 0.5 mg/m3. OEL-SWITZERLAND:TWA 0.07 ppm (0.5
mg/m3);STEL 0.1 ppm;Skin. OEL-THAILAND:TWA 0.5 mg/m3. OEL-TURKEY:TWA 0.5
mg/m3;Skin. OEL-UNITED KINGDOM:TWA 0.5 mg/m3;STEL 1.5 mg/m3;Skin. OEL IN
BULGARIA, COLOMBIA, JORDAN, KOREA check ACGIH TLV. OEL IN NEW ZEALAND,
SINGAPORE, VIETNAM check ACGI TLV US Federal TSCA
CAS# 54-11-5 ist TSCA-Bestand aufgeführt.
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Chemie Bützer
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Der Benutzer sollte seine eigenen Ermittlungen machen, um die Eignung der Informationen für den
speziellen Zweck zu bestimmen.